DE102009018545A1 - Method for determining effect of particle beam on partially radiated material, involves partial determining effect of particle beam on material based on microscopic damage correlation from parameter and from property of material - Google Patents

Method for determining effect of particle beam on partially radiated material, involves partial determining effect of particle beam on material based on microscopic damage correlation from parameter and from property of material Download PDF

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Abstract

The method involves partial determining the effect of a particle beam on the material based on a microscopic damage correlation from a parameter and from a property of the material. The parameter characterizes the particle beam. The microscopic damage correlation takes place in sub micrometer range. Independent claims are also included for the following: (1) a method for the radiation planning for a target volume in a radiation volume by a particle radiation; (2) a method for radiation of the target volume in the radiation volume by a particle radiation; (3) a radiation planning for the radiation volume; (4) a radiation planning device with a computer unit for executing the method; and (5) a beam modification device for a radiation device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung eines Zielvolumens mit einem Partikelstrahl, einen Bestrahlungsplan, eine Strahlmodifikationseinrichtung sowie eine Bestrahlungsvorrichtung.The The invention relates to a method for irradiating a target volume with a particle beam, an irradiation plan, a beam modification device and an irradiation device.

Die Bestrahlung eines Zielvolumens in einem Bestrahlungsvolumen mit Ionen- oder Partikelstrahlen betrifft die Bestrahlung von Materie, insbesondere anorganischer, organischer und biologischer Materialien und wird in den unterschiedlichen Bereichen der Forschung, der Industrie und der Medizintechnik eingesetzt. Das Zielvolumen umfasst dabei insbesondere den Bereich, in dem zur Modifikation des bestrahlten Materials eine vorgegebene Dosis deponiert werden soll; das Bestrahlungsvolumen umfasst insbesondere auch diejenigen Bereiche des Materials, die von Strahlung durchdrungen werden, um die gewünschte Dosis im Zielvolumen zu erreichen. Unter einem Partikelstrahl oder Ionenstrahl wird insbesondere ein hochenergetischer Strahl aus entweder geladenen Teilchen, beispielsweise Protonen, Kohlenstoffionen oder Ionen anderer Elemente, Pinnen oder neutralen Teilchen, beispielsweise Neutronen verstanden. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe Ionenstrahl und Partikelstrahl sysnonym verwendet. Unter hoher Energie wird insbesondere eine Energie der Partikel im Bereich einiger MeV/amu bis zu einigen GeV/amu (amu: atomare Masseneinheit) verstanden.The Irradiation of a target volume in an irradiation volume with Ion or particle beams affect the irradiation of matter, in particular inorganic, organic and biological materials and is used in different fields of research, industry and medical technology. The target volume includes in particular the area in which to modify the irradiated Material should be deposited a predetermined dose; the irradiation volume includes in particular those areas of the material that be penetrated by radiation to the desired dose to reach the target volume. Under a particle beam or ion beam In particular, a high energy beam is either charged Particles, for example protons, carbon ions or ions of others Elements, tines or neutral particles, for example neutrons Understood. In the following description, the terms Ion beam and particle beam sysnonym used. Under high energy In particular, an energy of the particles in the range of a few MeV / amu up to a few GeV / amu (amu: atomic mass unit) understood.

Eine zur Durchführung der Bestrahlung geeignete Bestrahlungsvorrichtung weist im Allgemeinen eine den Ionenstrahl erzeugende und formende Beschleunigungseinrichtung auf, wobei der Ionenstrahl zur Bestrahlung über ein Strahltransportsystem in einen Bereich, in dem das Bestrahlungsvolumen angeordnet ist, geführt wird. Ferner umfasst die Bestrahlungsvorrichtung eine Strahlmodifikationseinrichtung, die den Ionenstrahl in seinen Parametern an die Lage und Größe des Zielvolumens anpassen kann.A irradiation device suitable for carrying out the irradiation generally includes an ion beam generating and forming accelerator on, wherein the ion beam for irradiation via a beam transport system in a region in which the irradiation volume is arranged out becomes. Furthermore, the irradiation device comprises a beam modification device, the ion beam in its parameters to the location and size of the target volume.

Das Bestrahlungsvolumen kann beispielsweise ein Detektorsystem sein, das zur Verifikation eines Bestrahlungsfeldes dient, wobei das Bestrahlungsfeld in der Regel eine zu bestrahlende oder bestrahlte Fläche im Bestrahlungsvolumen abdeckt. Im Bereich der Dosimetrie werden dazu beispielsweise Filme mit einer photographischen Emulsion verwendet. Weiterhin werden Kernspurdetektoren zur Messung der Fluenzverteilung in dem Bestrahlungsfeld eingesetzt. Im Bereich medizinischer Anwendungen wird die Bestrahlung von biologischem Gewebe zum Studium der Wirkung von Partikelstrahlung genutzt, um die Wirkung der Strahlenexposition kosmischer Strahlung im Weltraum abschätzen zu können. Schließlich kann das Bestrahlungsvolumen auch das Volumen eines Tumors in einem Patienten sein. Ionenstrahlen werden hierbei verwendet, um Tumorgewebe im Zielvolumen zu zerstören.The Irradiation volume may be, for example, a detector system, which serves for the verification of an irradiation field, wherein the irradiation field usually an area to be irradiated or irradiated in the Covering irradiation volume. In the field of dosimetry will be added For example, films with a photographic emulsion used. Furthermore, nuclear track detectors for measuring the fluence distribution in used the radiation field. In the field of medical applications the irradiation of biological tissue becomes the study of the effect used by particle radiation to reduce the effect of radiation exposure to estimate cosmic rays in space. Finally, the irradiation volume can also be the volume of a tumor in a patient. Ion beams are here used to destroy tumor tissue in the target volume.

Bei der Tumortherapie erlauben die besonderen Eigenschaften von Ionenstrahlen, das Tumorgewebe bei minimaler Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes zu zerstören. Dies hängt mit einer günstigen Tiefendosisverteilung von Ionenstrahlen zusammen. Beim Eindringen von hochenergetischen Ionenstrahlen in das Material deponieren diese zunächst wenig Energie. Mit zunehmender Tiefe steigt die Energiedeposition an, erreicht im Bereich einer als Bragg-Peak bezeichneten Verteilungskurve ihr Maximum und fällt danach steil ab. Dadurch lässt sich auch bei tiefer liegenden Tumoren im Tumorgewebe mehr Energie deponieren als im umliegenden gesunden Gewebe.at of tumor therapy allow the special properties of ion beams, the tumor tissue with minimal damage to the surrounding to destroy healthy tissue. This depends a favorable depth dose distribution of ion beams together. When penetrating high-energy ion beams in the At first, material deposits them with little energy. With increasing Depth increases the energy deposition, reached in the area of one distribution curve called Bragg peak peaks and falls then steep. This can be done even at lower lying Tumors deposit more energy in the tumor tissue than in the surrounding area healthy tissue.

Ionenstrahlen zeigen dabei im Bestrahlungsvolumen eine Wirkung, die sich je nach Art des zu bestrahlenden Materials und abhängig von den Parametern des Ionenstrahls unterscheidet. Im Allgemeinen zeigen Ionenstrahlen eine andere Wirkung als Photonenstrahlung. Das bedeutet, dass mit Ionenstrahlen eine andere Dosis deponiert werden muss, als mit Photonenstrahlen, um einen gewünschten oder vorgegebenen durch die Bestrahlung mit Ionenstrahlen erzeugten Effekt (Bestrahlungseffekt) zu erzielen. Als effektive Dosis wird dabei diejenige Photonendosis Dγ bezeichnet, die zum selben Bestrahlungseffekt wie die Ionendosis DI führen würde. Die veränderte Wirkung wird sowohl für anorganisches, als auch für organisches und für biologisches Material beobachtet. In anorganischen Materialien wird eher eine geringere Wirksamkeit von Ionenstrahlen im Vergleich zu Photonenstrahlen beobachtet. Bei der Bestrahlung von biologischem Material mit Ionen hingegen wird in der Regel eine höhere Wirksamkeit verglichen mit Photonenbestrahlung beobachtet.In the process, ion beams show an effect in the irradiation volume which differs depending on the type of material to be irradiated and on the parameters of the ion beam. In general, ion beams have a different effect than photon radiation. This means that a different dose has to be deposited with ion beams than with photon beams in order to achieve a desired or predetermined effect (irradiation effect) produced by the irradiation with ion beams. In this case, the effective dose is that photon dose D γ which would lead to the same irradiation effect as the ion dose D I. The altered effect is observed for both inorganic, organic and biological material. In inorganic materials, lower efficiency of ion beams is observed rather than photon beams. By contrast, when irradiating biological material with ions, a higher efficacy compared to photon irradiation is generally observed.

Vor der eigentlichen Bestrahlung wird im Allgemeinen ein Bestrahlungsplan zur Durchführung der Bestrahlung des Zielvolumens, beispielsweise des Tumors, erstellt. Im Falle der Bestrahlung mit Ionenstrahlen soll dieser Bestrahlungsplan möglichst die Wirkung der Ionenstrahlen berücksichtigen.In front The actual radiation will generally be an irradiation plan for carrying out the irradiation of the target volume, for example of the tumor, created. In the case of irradiation with ion beams should this treatment plan as possible the effect of the ion beams consider.

Es sind unterschiedliche Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes bekannt. Beispielsweise wird in der Veröffentlichung ( Krämer und Scholz 2000, Physics in Medicine and Biology, Vol. 45, Seiten 3319–3330 ) ein Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes beschrieben.Different methods for the preparation of an irradiation plan are known. For example, in the publication ( Krämer and Scholz 2000, Physics in Medicine and Biology, Vol. 45, pages 3319-3330 ) describes a method for the preparation of an irradiation plan.

Die Wirksamkeit der Ionenstrahlen hängt in komplexer Weise von der Ionensorte, der Ionenenergie, von der Bestrahlungsdosis, vom bestrahlten Material und jeweils von einem betrachteten Effekt ab. Die experimentelle Bestimmung dieser vielfältigen Abhängigkeiten mit der Genauigkeit, die für die Bestrahlungsplanung notwendig ist, ist praktisch undurchführbar. Deshalb stellen Modelle, die eine Vorhersage der veränderten Wirksamkeit erlauben, ein wichtiges Werkzeug für die Realisierung der Bestrahlungsplanung dar. Diese Modelle beruhen in der Regel auf Vereinfachungen und Näherungen, da die zugrunde liegenden Mechanismen der Schädigung von anorganischem, organischem und biologischem Material noch nicht hinreichend aufgeklärt sind. Dementsprechend ist in der Regel der Anwendungsbereich der Modelle auch limitiert.The Effectiveness of the ion beams depends in a complex way the ion type, the ion energy, the irradiation dose, of the irradiated material and each of a considered effect from. The experimental determination of these multiple dependencies with the accuracy necessary for the treatment planning is practically impracticable. That's why models, which allow a prediction of the changed effectiveness, an important tool for the realization of radiation planning These models are usually based on simplifications and Approximations, as the underlying mechanisms of injury of inorganic, organic and biological material not yet are sufficiently cleared up. Accordingly, in the Usually the scope of the models is also limited.

Ein Beispiel eines derartigen Modells wird in der Veröffentlichung ( Scholz et al, Radiation Environmental Biophysics, Vol. 36, S. 59–66 (1997) ) beschrieben. Das Modell wird als LEM bezeichnet, wobei der Begriff LEM die Abkürzung für „local effect model” ist.An example of such a model is given in the publication ( Scholz et al, Radiation Environmental Biophysics, Vol. 36, p. 59-66 (1997) ). The model is referred to as LEM, where the term LEM is the abbreviation for "local effect model".

Die bisher bekannten Modelle sind jedoch in der Regel auf eine spezielle Ionensorte, zum Beispiel Kohlenstoffionen, optimiert. Sie können keine Aussagen für die Bestrahlungsplanung über den gesamten Bereich von leichten bis schweren Ionen mit einer ausreichenden Genauigkeit liefern.The However, previously known models are usually on a special Ion species, for example carbon ions, optimized. You can no statements for the treatment planning over the entire range of light to heavy ions with sufficient Deliver accuracy.

Deshalb besteht Bedarf nach einer Möglichkeit in Form eines Modells, die Wirksamkeit von Ionenstrahlen über einen weiten Massenbereich, insbesondere von Protonen bis Neon-Ionen, zuverlässig mit der erforderlichen Genauigkeit zu beschreiben und vorherzusagen.Therefore there is a need for an option in the form of a model, the effectiveness of ion beams over a wide mass range, especially from protons to neon ions, reliable with to describe and predict the required accuracy.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestrahlung eines Zielvolumens zu schaffen. Weiterhin soll ein verbessertes Verfahren zur Bestrahlungsplanung für ein zu bestrahlendes Zielvolumen geschaffen werden. Ferner soll eine verbesserte Bestrahlungsvorrichtung geschaffen werden.The Object of the present invention is one opposite the prior art improved method for irradiating a Target volume. Furthermore, an improved method for radiation planning for a target volume to be irradiated be created. Furthermore, an improved irradiation device be created.

Die jeweilige Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der vorgeschlagenen Verfahren und der vorgeschlagenen Vorrichtungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The respective task is characterized by the characteristics of the independent Claims solved. Further developments of the proposed Methods and proposed devices emerge the dependent claims.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Bestrahlung eines Zielvolumens mit einem Partikelstrahl weist die Schritte auf:

  • – Ermitteln einer Fluenz- und/oder Energieverteilung des Partikelstrahls innerhalb eines das Zielvolumen aufweisende Bestrahlungsvolumen;
  • – Ermitteln einer aus der Fluenz- und/oder Energieverteilung resultierenden effektiven Dosisverteilung, wobei Daten verwendet werden, die den beobachtbaren Effekt im Material des Bestrahlungsvolumens zumindest teilweise auf der Basis einer mikroskopischen Schadenskorrelation bestimmen.
The proposed method for irradiating a target volume with a particle beam comprises the steps:
  • Determining a fluence and / or energy distribution of the particle beam within an irradiation volume having the target volume;
  • - Determining an effective dose distribution resulting from the fluence and / or energy distribution using data that determines the observable effect in the material of the irradiation volume based at least in part on a microscopic damage correlation.

Hierbei ist das Zielvolumen in der Regel ein zu bestrahlendes Volumen in einem Gegenstand. Der Gegenstand kann ein abgegrenztes Volumen in einem zu bestrahlenden Material, beispielsweise ein Detektorsystem, ein Röntgenfilm, ein Phantom zur Simulation einer Bestrahlungssituation oder ein Mensch sein. Das Bestrahlungsvolumen kann das Zielvolumen, das vor dem Zielvolumen angeordnete, als auch das nach dem Zielvolumen – in Richtung der Teilchenstrahlen gesehen – angeordnete Material sein. Hierbei liegt das Material des Zielvolumens, beispielsweise das zu modifizierende Material eines Gegenstandes oder der zu zerstörende Tumor, im Bereich des Bragg-Peaks des Partikelstrahls.in this connection the target volume is usually a volume to be irradiated in an object. The item may have a delineated volume in a material to be irradiated, for example a detector system, an X-ray film, a phantom for simulating an irradiation situation or be a human. The irradiation volume may be the target volume, in front of the target volume, as well as after the target volume - in Direction of particle beams seen - arranged material be. This is the material of the target volume, for example the material of an article to be modified or the tumor to be destroyed, in the region of the Bragg peak of the particle beam.

Die Fluenzverteilung, die üblicherweise die Anzahl der Ionen- oder Partikeldurchgänge pro Flächeneinheit (Ionen/cm2) beschreibt sowie die zugehörige Energieverteilung, wird hierbei üblicherweise an mindestens einem Punkt des Zielvolumens, vorzugsweise aber in einer dreidimensionalen (3D) Anordnung oder Matrix von Punkten des Zielvolumens ermittelt. Die Fluenzverteilung kann neben der Information über die primären Ionenstrahlen auch Informationen über die durch Kernreaktionen erzeugten Sekundärteilchen enthalten.The fluence distribution, which usually describes the number of ion or particle passages per unit area (ions / cm 2 ) and the associated energy distribution, is hereby usually at least one point of the target volume, but preferably in a three-dimensional (3D) arrangement or matrix of points Target volume determined. The fluence distribution may contain, in addition to the information about the primary ion beams, also information about the secondary particles generated by nuclear reactions.

Aus der Fluenz- und Energieverteilung kann eine resultierende makroskopische, physikalische Dosisverteilung ermittelt werden. Unter der makroskopischen physikalischen Dosisverteilung wird im Folgenden die Dosisverteilung verstanden, die sich aus dem Erwartungswert der Dosisdeposition der Teilchenstrahlen in Volumina von typischerweise einigen Kubikmillimetern oder größer ergibt. Diese Dosisverteilung basiert auf der Kenntnis der Anzahl der Teilchen und deren Energiedeposition an jedem Punkt xi, yi, zi des Zielvolumens.From the fluence and energy distribution, a resulting macroscopic, physical dose distribution can be determined. The macroscopic physical dose distribution is understood below to mean the dose distribution which results from the expected value of the dose deposition of the particle beams in volumes of typically a few cubic millimeters or greater. This dose distribution is based on knowledge of the number of particles and their energy deposition at each point x i , y i , z i of the target volume.

Zur Beschreibung des zu erwartenden Bestrahlungseffektes ist jedoch im Falle von Ionen- oder Partikelstrahlen die makroskopische Dosisverteilung alleine nicht ausreichend. Die Strahlenwirkung wird maßgeblich auch durch die veränderte Wirksamkeit von Ionenstrahlen im Vergleich zu konventionellen Photonenstrahlen bestimmt.For the description of the expected irradiation effect, however, in the case of ion or particle beams, the macroscopic dose distribution alone is not sufficient. The radiation effect becomes relevant Lich also determined by the changed efficiency of ion beams compared to conventional photon beams.

Das Ziel der Bestrahlungsplanung ist es in der Regel, die effektive Dosis mit einer Genauigkeit von ca. 5–10% bestimmen zu können. Als effektive Dosis wird hierbei diejenige Dosis bezeichnet, die mit Photonenstrahlen deponiert werden müsste, um denselben Effekt wie mit Ionenstrahlen zu erreichen. Ausgangsbasis zur Berechnung des Bestrahlungsplans ist deshalb der erzielte, beobachtbare Effekt im Material des Zielvolumens. Hierbei werden Parameter der zu applizierenden Ionenstrahlen, wie beispielsweise Ionenstrahlsorte, Ionenstrahlenergien und/oder üblicherweise die veränderte Wirksamkeit im Vergleich zu Photonenstrahlen herangezogen und daraus die zu applizierende Dosis bezogen auf das Zielvolumen ermittelt bzw. berechnet.The The goal of treatment planning is, as a rule, the effective one Dose with an accuracy of about 5-10% determine can. The effective dose is that dose referred to, which would have to be deposited with photon beams, to achieve the same effect as with ion beams. Starting point for Calculation of the treatment plan is therefore the achieved, observable Effect in the material of the target volume. Here are parameters of to be applied ion beams, such as ion beam, Ion beam energies and / or usually the changed Effectiveness used compared to photon beams and from it determines the dose to be applied based on the target volume or calculated.

Das LEM gemäß dem Stand der Technik erlaubt es, die Wirksamkeit von Ionenstrahlen aus der Kenntnis der physikalischen Eigenschaften von Ionenstrahlen sowie der Kenntnis der Reaktion von Materialien auf Photonenstrahlung abzuleiten. Aufgrund der verwendeten Vereinfachungen und Näherungen ist die Genauigkeit des Modells in der Regel aber nur für Anwendungen bei schwereren Ionen wie z. B. Kohlenstoff genügend genau für die Bestrahlungsplanung. Ausgehend von der ursprünglichen Implementierung (LEM I) konnte zwar die Genauigkeit der Rechnung durch Weiterentwicklungen verbessert werden ( LEM II: Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319–329 ; LEM III: Elsässer et al. 2008, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 71, 866–872 ); das Modell bietet aber noch keine ausreichende Genauigkeit für eine generelle Anwendung über einen weiten Massenbereich der Ionen (Protonen–Neonionen) sowie Energiebereich (1 MeV/u–1 GeV/u).The LEM according to the prior art makes it possible to derive the effectiveness of ion beams from the knowledge of the physical properties of ion beams as well as the knowledge of the reaction of materials on photon radiation. Due to the simplifications and approximations used, the accuracy of the model is usually only for applications with heavier ions such. As carbon sufficiently accurate for the treatment planning. Based on the original implementation (LEM I), the accuracy of the calculation could be improved by further developments ( LEM II: Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329 ; LEM III: Elsässer et al. 2008, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 71, 866-872 ); However, the model does not yet provide sufficient accuracy for a general application over a wide mass range of ions (proton neon ions) and energy range (1 MeV / u-1 GeV / u).

Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Verfahren in den Modellen LEM I bis LEM III wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren die mikroskopische Schadenskorrelation zur Bestimmung der effektiven Dosis verwendet. Für die Bestrahlung von nicht biologischem, beispielsweise anorganischem Material sind zur Bestimmung der veränderten Wirksamkeit und damit der effektiven Dosis insbesondere Materialkonstanten, wie beispielsweise die Empfindlichkeit von Silberbromid-Kristallen in Röntgenfilmen oder die Färbung radiochromer Farbstoffe nach Bestrahlung maßgeblich. Im Falle der Bestrahlung von biologischem Material, beispielsweise von Tumorzellen, stellen Schädigungen der im Zellkern enthaltenen DNA üblicherweise die maßgebliche Ursache für die beobachtbaren Strahlenwirkungen dar. Zur Beschreibung der effektiven Dosis wird hier häufig die relative biologische Wirksamkeit (RBW) der Ionen verwendet, die durch das Verhältnis der Ionendosen definiert ist, die zur Erzielung desselben Effektes mit Photonenstrahlen bzw. Ionenstrahlen notwendig sind.in the Contrary to the previously used methods in the models LEM I to LEM III becomes microscopic in the proposed method Damage correlation used to determine the effective dose. For the irradiation of non-biological, for example inorganic material are used to determine the changed Effectiveness and thus the effective dose, in particular material constants, such as the sensitivity of silver bromide crystals in X-ray films or staining radiochromic Dyes after irradiation decisive. In the case of irradiation of biological material, such as tumor cells Damage to the DNA contained in the nucleus usually the determining cause of the observable Radiation effects. To describe the effective dose is here often the relative biological effectiveness (RBW) The ion used by the ratio of ion doses is defined to achieve the same effect with photon beams or ion beams are necessary.

Figure 00070001
Figure 00070001

Hierbei ist der Begriff Isoeffekt der gleiche Effekt für DPhoton und DIon. Dies bedeutet, dass zunächst die Schadensart bzw. der beobachtbare Effekt definiert und als Parameter verwendet werden muss.Here, the term iso effect is the same effect for D photon and D ion . This means that first the type of damage or the observable effect has to be defined and used as a parameter.

Um die zur Erzielung des beobachtbaren Effektes erforderliche Dosis zu ermitteln, werden die entsprechenden Materialkonstanten bzw. die zur Beschreibung der relativen biologischen Wirksamkeit benötigten Daten vorzugsweise in Form eines Datensatzes oder einer die Daten enthaltenden Tabelle verwendet.Around the dose required to achieve the observable effect be determined, the corresponding material constants or needed to describe the relative biological effectiveness Data preferably in the form of a data set or one of the data containing table.

Beispiele für solche Datensätze sind Tabellen mit Parametern für bestimmte Ionenenergien und Ionensorten, die die Ermittlung der relevanten RBW-Werte erlauben. Der diese Tabellen enthaltende Datensatz kann als RBW-Datensatz bezeichnet werden und kann in Form einer Parameter-Tabelle, die zur Ansteuerung einer Bestrahlungsvorrichtung verwendet wird, vorliegen. Es ist aber auch denkbar, das Verfahren zur Bestimmung des RBW-Datensatzes in eine Steuerungseinrichtung einer Bestrahlungsvorrichtung direkt zu implementieren. Der Datensatz kann als Parameterfeld in einer Steuer-Einrichtung zur Steuerung einer Bestrahlungsvorrichtung, beispielsweise eines Beschleunigers, vorliegen.Examples for such records are tables with parameters for certain ion energies and ion types that determine the allow the relevant RBW values. Of these tables containing Record can be referred to as RBW record and can be in shape a parameter table used to drive an irradiation device is used. But it is also conceivable, the procedure for determining the RBW data set in a control device directly to an irradiation device. The record can be used as a parameter field in a control device for control an irradiation device, for example an accelerator, available.

Aus der Fluenzverteilung kann darüber hinaus die lokale Dosisverteilung an jeder Stelle in einem Volumen von typischerweise 10 × 10 × 10 μm3, mit einer Auflösung von typischerweise < 1 nm3, d. h. im Subnanometer-Bereich, in einem Bestrahlungsfeld bestimmt werden. Die lokale Dosisverteilung kann ebenfalls die spektrale Verteilung der Teilchen berücksichtigen. Die lokale Dosisverteilung ist demnach eine mikroskopische Dosisverteilung im Gegensatz zu der vorstehend definierten makroskopischen Dosisverteilung.From the fluence distribution, moreover, the local dose distribution can be determined at any point in a volume of typically 10 × 10 × 10 μm 3 , with a resolution of typically <1 nm 3 , ie in the subnanometer range, in an irradiation field. The local dose distribution can also take into account the spectral distribution of the particles. The local dose distribution is therefore a microscopic dose distribution in contrast to the macroscopic dose distribution defined above.

Die Ermittlung der effektiven Dosisverteilung kann auf der Berücksichtigung einer lokalen Schadenskorrelation beruhen, die mit Hilfe der lokalen, mikroskopischen Dosisverteilung bestimmt werden kann. Die Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung korrelierter Schäden hängt unter anderem von der Anzahl der Schäden in einem Teilvolumen eines geeignet gewählten sensitiven Volumens ab. Im Falle von Filmen kann das sensitive Volumen durch das Volumen eines Silberbromid-Korns definiert sein; im Falle von Zellen kann dies der Zellkern sein. Als korrelierte Schäden werden dabei solche Schäden bezeichnet, die durch Zusammenwirken einzelner Schäden innerhalb eines geeignet gewählten Abstandes entstehen. Als einzelne Schäden können beispielsweise Polymerisations-Ereignisse in einem Monomer-Kristall eines GafChromic-Films oder DNA-Schäden in einem Zellkern eines biologischen Gewebes angesehen werden. Die Wahrscheinlichkeit zur Erzeugung korrelierter Schäden kann demnach zum Beispiel aus einer Abstands-Analyse der Schäden ermittelt werden. Ein einfaches Beispiel für die Ermittlung korrelierter biologischer Schäden stellt die Berechnung der Anzahl von Doppelstrangbruch-Paaren (DNS-Paare) innerhalb eines vorgegebenen Abstandes dar.The determination of the effective dose distribution can be based on the consideration of a local damage correlation, which can be determined with the aid of the local, microscopic dose distribution. The Among other things, the probability of producing correlated damage depends on the number of defects in a subvolume of a suitably selected sensitive volume. In the case of films, the sensitive volume may be defined by the volume of a silver bromide grain; in the case of cells, this may be the cell nucleus. Correlated damage is defined as damage caused by the interaction of individual damage within a suitably chosen distance. As individual damage, for example, polymerization events in a monomer crystal of a GafChromic film or DNA damage in a nucleus of a biological tissue can be considered. The probability of generating correlated damage can therefore be determined, for example, from a distance analysis of the damage. A simple example for determining correlated biological damage is the calculation of the number of double strand break pairs (DNA pairs) within a given distance.

Bei bisher bekannten Verfahren werden die Anzahl der produzierten Schäden in der Regel nicht auf einer (Sub)-Nanometer-Skala berechnet, sondern in Mikrometer-Dimension. Die Berechnung beruht damit im Allgemeinen auf einer globalen Information der Energiedeposition über die entsprechenden Mikrometer-Bereiche; dabei wird die eigentlich auf der (Sub)-Nanometer-Skala lokalisierte physikalische Dosisdeposition im Bestrahlungsfeld zu sehr vereinfacht. Darüber hinaus basieren die bisher bekannten Verfahren in der Regel nicht auf der Übertragung der Effekte aus der Photonen-Dosiseffektkurve.at Previously known methods are the number of damages produced usually not calculated on a (sub) nanometer scale, but instead in micrometer dimension. The calculation is thus generally based on a global information of energy deposition about the corresponding micrometer ranges; this is actually the physical dose location located on the (sub) nanometer scale in the irradiation field too much simplified. Furthermore The previously known methods are generally not based on the transmission the effects of the photon dose-effect curve.

Die Kombination der präzisen Berechnung der räumlichen Schadensverteilung (rSv) in Nanometer-Dimensionen mit der Bezugnahme auf die Photonen-Dosiseffektkurve stellt eine wesentliche Neuerung des hier vorgeschlagenen Verfahrens dar.The Combination of precise calculation of spatial Damage distribution (rSv) in nanometer dimensions with reference on the photon dose-effect curve represents a significant innovation of the method proposed here.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt insbesondere darin, dass damit eine genauere Berechnung der effektiven Dosis möglich ist und damit die Bestrahlungsplanung mit einer deutlich verbesserten Genauigkeit durchgeführt werden kann. Insbesondere wird durch das Verfahren die Genauigkeit bei leichten Ionen verbessert, sodass das vorgeschlagene Verfahren mit gleicher Genauigkeit über einen großen Bereich von Ionen von Protonen bis hin zu schwereren Ionen, wie beispielsweise Neonionen, anwendbar ist. Außerdem kann damit die Wirkung von Ionenstrahlen sowohl prospektiv bei der Bestrahlungsplanung als auch retrospektiv für die Nachrechnung, Überprüfung und Validierung bereits aufgestellter und applizierter Bestrahlungspläne berücksichtigt werden.Of the The advantage of this method lies in the fact that it is a more accurate calculation of the effective dose is possible and Thus, the treatment planning performed with a significantly improved accuracy can be. In particular, by the method, the accuracy improved at light ions, so the proposed method with equal accuracy over a large area from ions of protons to heavier ions, such as Neon ions, is applicable. In addition, it can affect the effect of ion beams both prospectively during treatment planning as well as retrospectively for the recalculation, review and validation of already prepared and applied treatment plans be taken into account.

Das Verfahren ist ebenfalls zur Bestimmung der Wirksamkeit von Neutronenstrahlen anwendbar. Bei der Bestrahlung eines Zielvolumens mit Neutronen können durch Kernreaktionen geladene Sekundärteilchen erzeugt werden. Diese verursachen wiederum Schäden im sensitiven Volumen. Die Wirkung der Neutronen beruht dabei auf der Wirkung der entstehenden so genannten ”recoils” und ist damit durch ein gemischtes Teilchenfeld charakterisiert, das typischerweise geladene Teilchen von Protonen bis Sauerstoffionen enthalten kann. Zur Berechnung der Wirkung dieses gemischten Strahlenfeldes können deshalb analog zur Situation in der Ionenstrahltherapie dieselben Methoden angewendet werden.The Method is also for determining the effectiveness of neutron beams applicable. When irradiating a target volume with neutrons can generate secondary particles charged by nuclear reactions become. These in turn cause damage in the sensitive Volume. The effect of the neutrons is based on the effect the resulting so-called "recoils" and is characterized by a mixed particle field, which is typically charged particles from protons to oxygen ions. To calculate the effect of this mixed radiation field can Therefore, the same applies to the situation in ion beam therapy Methods are applied.

Das vorstehend gesagte gilt analog ebenfalls für andere Teilchen.The the same applies analogously also for other particles.

In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplans des Zielvolumens und/oder zur Validierung eines Bestrahlungsplans verwendet. Der Bestrahlungsplan wird in der Regel vor der eigentlichen Bestrahlung eines Zielvolumens ermittelt, indem ein Parameterdatensatz berechnet wird, der zur Steuerung des Bestrahlungsverfahrens in einer Bestrahlungsvorrichtung gespeichert werden kann. Der Bestrahlungsplan kann gewährleisten, dass im Zielvolumen die gewünschte effektive Dosis appliziert wird. Dadurch, dass bei der ermittelten effektiven Dosisverteilung zumindest teilweise Daten verwendet werden, die von der spezifischen Strahlenreaktionen des bestrahlten oder des zu bestrahlenden Materials abhängen, kann eine Bestrahlungsplanung bzw. Bestrahlungsplan- Validierung entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren generell präziser durchgeführt werden. Im speziellen Fall einer Tumorbestrahlung kann damit die effektive Dosis im Tumor optimiert werden und dabei das umliegende gesunde Gewebe optimal geschont werden.In An embodiment of the proposed method is the method for the preparation of an irradiation plan of the target volume and / or used to validate an irradiation plan. The treatment plan is usually before the actual irradiation of a target volume determined by calculating a parameter data set that is to Control of the irradiation process stored in an irradiation device can be. The treatment plan can ensure that in the target volume applied the desired effective dose becomes. Due to the fact that at the determined effective dose distribution at least partial data is used, which is specific to the specific Radiation reactions of the irradiated or the material to be irradiated can be an irradiation plan or treatment plan validation generally more precise according to the proposed method be performed. In the special case of tumor irradiation Thus, the effective dose in the tumor can be optimized and thereby the surrounding healthy tissue is optimally protected.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird aus der Fluenzverteilung zumindest teilweise eine mikroskopische Dosisverteilung ermittelt. Hierbei kann die mikroskopische Dosisverteilung, insbesondere die lokale Dosisverteilung, zumindest unter teilweiser Verwendung der radialen Dosisverteilung um eine einzelne Ionenspur bestimmt werden. Die radiale Dosisverteilung beschreibt den Erwartungswert der lokalen Energiedeposition als Funktion des Abstandes von der Trajektorie der Ionenspur. Der Vorteil der Verwendung der radialen Dosisverteilung liegt darin, dass damit direkt auf die Effekte nach Photonenbestrahlung Bezug genommen werden kann. Die radiale Dosisverteilung kann beispielsweise durch Monte Carlo Simulationen erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht durch eine analytische Dosisbeschreibung einer amorphen Bahnstruktur.In one embodiment of the method, a microscopic dose distribution is at least partially determined from the fluence distribution. In this case, the microscopic dose distribution, in particular the local dose distribution, can be determined at least with the partial use of the radial dose distribution around a single ion trace. The radial dose distribution describes the expected value of the local energy deposition as a function of the distance from the trajectory of the ion trace. The advantage of using the radial dose distribution is that it can directly refer to the effects after photon irradiation. The radial dose distribution can be generated for example by Monte Carlo simulations. Another possibility is an analytical dose description of an amorphous web structure.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die mikroskopische, räumliche Schadensverteilung (rSv) zumindest teilweise aus der mikroskopischen Dosisverteilung (mDv) ermittelt, wobei die dafür benötigte Wahrscheinlichkeit einer lokalen Schadensinduktion zumindest teilweise aus einer zugehörigen Photonendosiseffekt-Kurve (PEK1) abgeleitet wird. Die Photonendosiseffektkurven an sich sind bekannt und werden in der Regel experimentell ermittelt. Beispielsweise kann die mittlere Anzahl an Schäden häufig durch einen linear-quadratischen Zusammenhang beschrieben werden: NSchaden = γDX + δDX. DX ist hierbei die Röntgen- oder Photonendosis und γ und δ sind materialspezifische Konstanten, wie etwa Polymerisations-Ereignisse in einem Monomer-Kristall eines GafChromic-Films oder Parameter zur Ausbeute von Doppelstrangbrüchen.In a further refinement of the method, the microscopic, spatial damage distribution (rSv) is determined at least partially from the microscopic dose distribution (mDv), the probability of a local damage induction required therefor being derived at least partially from an associated photon dose-effect curve (PEK1). The photon dose effect curves per se are known and are usually determined experimentally. For example, the average number of defects can often be described by a linear-quadratic relationship: N damage = γD X + δD X. Here, D X is the X-ray or photon dose and γ and δ are material-specific constants, such as polymerization events in a monomer crystal of a GafChromic film or parameters for the yield of double-strand breaks.

Die Wirkung von Photonenstrahlen ist dadurch charakterisiert, dass die räumliche Verteilung der entstehenden Schäden auf Grund der physikalischen Eigenschaften der Energiedeposition von Photonen gleichförmig stochastisch verteilt ist. Wenn das sensitive Volumen in Teilvolumina, die auch als Parzellen bezeichnet werden, aufgeteilt wird, kann man davon ausgehen, dass jede Parzelle die gleiche Schadensdichteverteilung aufweist. Dies bedeutet, dass eine gleichmäßige Schadensverteilung in jeder Parzelle vorliegt.The Effect of photon beams is characterized by the fact that the Spatial distribution of the resulting damage due to the physical properties of the energy deposition of photons uniformly stochastically distributed. If the sensitive volume in sub-volumes, also referred to as parcels, is divided, one can assume that each parcel the has the same damage density distribution. This means that one even damage distribution in each plot is present.

Für ein mit Ionen bestrahltes sensitives Volumen hingegen, das in Parzellen aufgeteilt ist, liegt aufgrund der extrem lokalisierten Energiedeposition von Ionenstrahlen, eine heterogene Schadensverteilung vor. Wird das sensitive Volumen in Parzellen mit einer Größe von kleiner oder kleiner/gleich 1 × 1 × 1 nm3 (≤ 1 × 1 × 1 nm3) aufgeteilt und in jeder Parzelle die mikroskopische Dosis, insbesondere lokale mikroskopische Dosisverteilung bestimmt, kann somit eine mikroskopische, räumliche Schadensverteilung rSv ermittelt werden.On the other hand, for a sensitive volume irradiated with ions, which is divided into parcels, a heterogeneous distribution of damage exists due to the extremely localized energy deposition of ion beams. If the sensitive volume is divided into parcels having a size of less than or equal to 1 × 1 × 1 nm 3 (≦ 1 × 1 × 1 nm 3 ) and the microscopic dose, in particular local microscopic dose distribution, determined in each parcel, can thus microscopic, spatial damage distribution rSv be determined.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest teilweise aus der räumlichen, mikroskopischen Schadensverteilung der Erwartungswert für die Anzahl korrelierter Schäden (AkS) in einem geeignet gewählten Teilvolumen eines sensitiven Volumens genauer bestimmt. Hierbei ist mit dem Begriff ”korrelierter Schaden”, ein Schaden gemeint, der durch das räumliche Zusammenwirken von Einzelschäden entstehen kann. Die räumliche Korrelation kann dabei durch eine Analyse der Abstände der Einzelschäden definiert werden. Im Falle von biologischem Material kann ein korrelierter Schaden zum Beispiel durch die Kombination von zwei Einzelstrangbrüchen der DNA definiert sein, die zu einem DNA-Doppelstrangbruch führen oder zwei Doppelstrangbrüchen, die zu einem Schaden führen, der für das biologische Material schlechte zu reparieren ist. Der Vorteil der Verwendung korrelierter Schäden liegt darin begründet, dass damit insbesondere die nicht-lineare Reaktion von Materialien oder Zellen auf Bestrahlung besser berücksichtigt werden kann.In An embodiment of the method is at least partially the spatial, microscopic damage distribution of Expected value for the number of correlated damages (AkS) in a suitably selected subvolume of a sensitive Volume determined more accurately. Here, the term "correlated Damage ", meant by the damage caused by the spatial Interaction of individual damage may arise. The spatial Correlation can be done by analyzing the distances the individual damages are defined. In the case of biological Material can do a correlated damage for example through the combination be defined by two single-strand breaks of DNA, the lead to a DNA double-strand break or two double-strand breaks, that cause damage to the biological Material is bad to repair. The advantage of using Correlated damage is due to the fact that Thus, in particular the non-linear reaction of materials or Cells on irradiation can be better taken into account.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das Material im Bestrahlungsvolumen zumindest teilweise ein biologisches Material. Das Material kann hierbei ein aus Zellen aufgebautes Material, Zellkulturen und/oder Gewebe, beispielsweise Tumorgewebe, umfassen. Das Volumen kann aber gleichzeitig auch anderes Material enthalten, beispielsweise ein Metall-Implantat zusammen mit biologischem Gewebe enthalten.In Another embodiment of the method is the material in Irradiation volume at least partially a biological material. The material may in this case be composed of cells, cell cultures and / or Tissues, for example tumor tissue include. The volume can however at the same time contain other material, such as a Metal implant included with biological tissue.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens weist das sensitive Volumen zumindest teilweise mindestens ein Unter- und/oder Teilvolumen des biologischen Materials, insbesondere eine Zelle, auf. Das sensitive Volumen weist insbesondere ein Teilvolumen einer Zelle auf. Es kann bevorzugt ein Zellkern sein. Die Ausdehnung des sensitiven Volumens zur Bestimmung der lokalen, mikroskopischen Dosisverteilung kann demnach den typischen Dimensionen einer Zelle entsprechen, also in etwa 10 μm. Für die Unterteilung des sensitiven Volumens in die oben beschriebenen Parzellen kann die Auflösung hierbei im Bereich von Nanometern liegen, d. h. die Dimension einer der weiter oben beschriebenen Parzellen liegt in der Größenordnung von typischerweise ≤ 1 nm. Der Vorteil der Betrachtung auf der Nanometer-Skala liegt darin begründet, dass bei einer hinreichend feinen Auflösung die mikroskopische Dosis innerhalb einer Parzelle in erster Näherung als konstant angenommen werden kann. Diese Annahme erlaubt es, die Wirkung der Energiedeposition von Ionenstrahlen innerhalb einer Parzelle aus der Dosis-Effektkurve für Photonenstrahlung abzuleiten.In a further embodiment of the method, the sensitive Volume at least partially at least one lower and / or partial volume of the biological material, in particular a cell. The sensitive Volume has in particular a partial volume of a cell. It can preferably a nucleus. The extent of the sensitive volume to determine the local, microscopic dose distribution can accordingly correspond to the typical dimensions of a cell, ie in about 10 microns. For the subdivision of the sensitive Volume in the parcels described above can increase the resolution here in the range of nanometers, d. H. the dimension of a The parcels described above are on the order of magnitude of typically ≤ 1 nm. The advantage of viewing on the nanometer scale is due to the fact that at a sufficiently fine resolution the microscopic dose within a plot as a first approximation as constant can be accepted. This assumption allows the effect of Energy deposition of ion beams within a plot Derive the dose-effect curve for photon radiation.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Photonendosis (PD1) ermittelt, die zum Erreichen derselben Ausbeute korrelierter Schäden, d. h. derselben Anzahl korrelierter Schäden (AkS) bezogen auf die Gesamtzahl der Einzelschäden, wie nach Ionenbestrahlung erforderlich gewesen wäre. Das bedeutet, dass zu einer makroskopischen Photonendosis innerhalb des Bestrahlungsfeldes eine räumliche Verteilung der Schäden, deren Art und deren Anzahl gemäß der Photonen-Dosiseffektkurve PEK1, ermittelt wird, aus der der Erwartungswert der Anzahl der korrelierten Schäden bestimmt werden kann. Insbesondere ergibt sich somit einer Photonendosis PD1, die zur gleichen Ausbeute korrelierter Schäden wie nach Ionenstrahlung führt. Beispielsweise kann man für den Erwartungswert der Anzahl von Doppelstrangbruchpaaren innerhalb eines vorgegebenen Abstands annehmen, dass dieser quadratisch von der makroskopischen Photonendosis abhängt. Insbesondere ermöglicht dies eine schnelle Bestimmung von PD1 basierend auf der Simulation der Ausbeute von korrelierten Schäden bei einer bestimmten Photonendosis. Dazu wird angenommen, dass bei genügend klein gewählten Parzellen und bei gleicher lokaler Dosis mit Photonen- und mit Ionenbestrahlung ein gleicher Schaden induziert wird. Dies kann auch damit begründet werden, dass bei einem genügend kleinem Parzellen-Volumen auch im Falle der Ionenstrahlen der Erwartungswert der Energiedeposition in diesem Volumen als homogen verteilt angenommen werden kann und damit direkt mit der Wirkung der Bestrahlung von Photonenstrahlen verglichen werden kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Anzahl der Schäden, die aus Photonenbestrahlung bekannt sind, auf ein mit Ionen bestrahltes Material in dieser Dimension übertragen werden können.In a further embodiment of the method, a photon dose (PD1) is determined which would have been required to achieve the same yield of correlated damage, ie the same number of correlated damages (AkS) with respect to the total number of individual injuries, such as after ion irradiation. This means that, for a macroscopic photon dose within the irradiation field, a spatial distribution of the damage, the type and number of which according to the photon dose effect curve PEK1, is determined, from which the expected value of the number of correlated damages can be determined. In particular, this results in a photon dose PD1, which leads to the same yield of correlated damage as after ion radiation. For example, for the expected value of the number of double-strand break pairs within a given distance, one can assume that this square depends on the macroscopic photon dose hangs. In particular, this allows a rapid determination of PD1 based on the simulation of the yield of correlated damage at a given photon dose. For this it is assumed that with sufficiently small selected plots and with the same local dose with photon and with ion irradiation a similar damage is induced. This can also be explained by the fact that, given a sufficiently small plot volume, even in the case of ion beams, the expected value of the energy deposition in this volume can be assumed to be homogeneously distributed and thus directly comparable to the effect of the irradiation of photon beams. It is advantageous here that the number of damage known from photon irradiation can be transferred to an ion-irradiated material in this dimension.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird aus einer zweiten Photonendosiseffektkurve für den beobachtbaren Effekt (PEK2) zumindest teilweise ein zu der Photonendosis (PD1) gehöriger Effekt (E1) bestimmt. Im Gegensatz zur Photonen-Dosiseffektkurve (PEK1), die den lokalen, mikroskopischen bzw. molekularen Schaden beschreibt, repräsentiert die Photonen-Dosiseffektkurve (PEK2) den makroskopisch beobachtbaren Effekt. Im Falle von Zellen kann PEK2 z. B. die Inaktivierung von Zellen beschreiben, beispielsweise charakterisiert durch die linear-quadratischen Parameter αX und βX, die für viele Zell- und Gewebearten bekannt sind. Im Falle von Geweben bzw. Organen kann PEK2 die Wahrscheinlichkeit von Gewebeschädigungen bzw. Organversagen beschreiben. Ein Vorteil liegt ähnlich wie bei PEK1 darin, dass durch Bezugnahme auf die experimentellen Photonen-Daten, PEK2 eine hohe Genauigkeit der ermittelten biologischen Effekte für Ionenbestrahlung erreicht werden kann. Ferner können mit diesem Verfahren im Vergleich zu anderen. Verfahren die Rechenzeiten drastisch reduziert werden.In a further embodiment of the method, at least in part an effect (E1) associated with the photon dose (PD1) is determined from a second photon dose-effect curve for the observable effect (PEK2). In contrast to the photon dose-response curve (PEK1), which describes the local, microscopic or molecular damage, the photon dose-response curve (PEK2) represents the macroscopically observable effect. In the case of cells PEK2 z. For example, characterize the inactivation of cells, for example characterized by the linear-quadratic parameters α X and β X known for many cell and tissue types. In the case of tissues or organs, PEK2 may describe the likelihood of tissue damage or organ failure. An advantage similar to PEK1 is that by referring to the experimental photon data, PEK2, a high accuracy of the detected biological effects for ion irradiation can be achieved. Furthermore, with this method compared to others. Process the computing times are drastically reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahren wird der beobachtbare Effekt (E2) für die gegebene Fluenzverteilung zumindest teilweise aus der Skalierung des biologisch relevanten Effekts (E1) entsprechend dem Verhältnis aus der Photonendosis (PD1) und der im sensitiven Volumen entsprechend der Fluenzverteilung deponierten Dosis (ID) bestimmt. Insbesondere kann der beobachtbare Effekt (E2) wie folgt berechnet werden:

Figure 00150001
wobei beispielsweise angenommen werden kann, dass E1 durch ein einzelnes Ion mit zugehöriger Dosisdeposition ID und zugehöriger PD1 entstanden ist.In a further preferred embodiment of the method, the observable effect (E2) for the given fluence distribution is at least partially derived from the scaling of the biologically relevant effect (E1) corresponding to the ratio of the photon dose (PD1) and the dose deposited in the sensitive volume according to the fluence distribution (E1). ID). In particular, the observable effect (E2) can be calculated as follows:
Figure 00150001
for example, it may be assumed that E1 has been produced by a single ion with associated dose deposition ID and associated PD1.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die effektive Dosis zumindest teilweise aus der dem beobachtbaren Effekt (PKE2) zugehörigen Photonendosis (PD2) bestimmt. Durch geeignete Optimierungsverfahren kann damit die Ionendosis für jeden Punkt des Bestrahlungsfeldes so gewählt werden, dass damit ein vorgegebener Effekt in jedem Punkt des Bestrahlungsvolumens erzielt werden kann. Im Falle eines gemischten Strahlenfeldes kann beispielsweise PD2 auch aus der Betrachtung des Strahlenfeldes an jedem Punkt des Bestrahlungsfeldes gemäß der im Stand der Technik bekannten Methoden bestimmt werden. Dabei kann insbesondere die so genannte intrinsische RBW von einzelnen Ionen benutzt werden, wobei sich die intrinsische RBW wie folgt ermitteln lässt:

Figure 00150002
wobei αint·IDsingle dem biologischen Effekt eines einzelnen Ions mit Dosisdeposition IDsingle entspricht. Gemäß der Veröffentlichung ( Krämer und Scholz, Physics in Medicine and Biology, Vol. 51, S 1959–1970, 2006. ) lässt sich βint aus αint gewinnen und aus αint und βint für das gesamte gemäß der Fluenzverteilung erzeugte gemischte Strahlenfeld letztlich der Effekt E2. Dabei kann der Effekt nach Ionenbestrahlung beispielsweise mittels der linear-quadratischen Parameter αion und βion beschrieben werden.In a further embodiment of the method, the effective dose is determined at least partially from the photon dose (PD2) associated with the observable effect (PKE2). By means of suitable optimization methods, the ion dose for each point of the irradiation field can thus be selected such that a predetermined effect can be achieved in each point of the irradiation volume. For example, in the case of a mixed radiation field, PD2 may also be determined from consideration of the radiation field at each point of the radiation field according to methods known in the art. In particular, the so-called intrinsic RBW of individual ions can be used, wherein the intrinsic RBW can be determined as follows:
Figure 00150002
where α int · ID single corresponds to the biological effect of a single ion with dose position ID single . According to the publication ( Krämer and Scholz, Physics in Medicine and Biology, Vol. 51, pp. 1959-1970, 2006. ), β int can be obtained from α int , and finally, from α int and β int for the entire mixed radiation field produced according to the fluence distribution, the effect E 2. In this case, the effect after ion irradiation can be described, for example, by means of the linear-quadratic parameters α ion and β ion .

Der Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, dass es eine direkte Übertragung der Erfahrungen mit konventioneller Bestrahlung auf die Bestrahlung mit Teilchenstrahlen erlaubt. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass die RBWint-Werte im Voraus unabhängig vom aktuellen Strahlenfeld für einzelne Ionen von Protonen bis Neon für Energien von 0.1 MeV/u bis 1 GeV/u vorherberechnet und in Form von als RBW-Tabellen bekannte Tabellen gespeichert werden können, bevor E2 für das gemischte Strahlenfeld berechnet wird. Dies kann zu einer weiteren erheblichen Ersparnis an Rechenzeit führen.The advantage of the method is that it allows a direct transfer of the experience with conventional irradiation to the irradiation with particle beams. A further advantage of the proposed method is that the RBW int values are predicted in advance independent of the current radiation field for individual ions from protons to neons for energies of 0.1 MeV / u to 1 GeV / u and known as RBW tables Tables can be stored before E2 is calculated for the mixed radiation field. This can lead to a further considerable savings in computing time.

Die Aufgabe wird ferner durch einen Bestrahlungsplan zur Bestrahlung eines ein Zielvolumen aufweisenden Bestrahlungsvolumens gelöst, wobei der Bestrahlungsplan zumindest teilweise unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens aufstellbar ist und/oder aufgestellt wurde. Bei der Erstellung des Bestrahlungsplans werden demzufolge Daten verwendet, die die aus einer Fluenzverteilung resultierende effektive Dosisverteilung bestimmt, wobei der relevante, beobachtbare Effekt im Material des Bestrahlungsvolumens zumindest teilweise auf der Basis der makroskopischen Schadenskorrelation, als auch insbesondere auf Basis der Anzahl korrelierter Schäden (AkS), ermittelt wird.The object is further achieved by an irradiation plan for the irradiation of a target volume having irradiation volume, the irradiation plan at least partially using the The method described above is erectable and / or was set up. In the preparation of the treatment plan, therefore, data are used which determines the effective dose distribution resulting from a fluence distribution, wherein the relevant observable effect in the material of the irradiation volume based at least in part on the macroscopic damage correlation, and in particular on the number of correlated damage (AkS ), is determined.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Strahlenmodifikationseinrichtung gelöst, die unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Bestrahlung eines Zielvolumens herstellbar und/oder betreibbar ist. Die Strahlmodifikationseinrichtung kann hierbei eine aktive und/oder passive Vorrichtung aufweisen, die zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist.The Task is further by a radiation modification device solved using the above described Method for irradiation of a target volume produced and / or is operable. The beam modification device can in this case have an active and / or passive device for performing of the procedure is set up.

Eine aktive Strahlmodifikationseinrichtung kann hierbei beispielsweise eine Rasterscan-Einrichtung sein, die den Teilchenstrahl gemäß eines Orts- und Energieparameterfeldes über das Zielvolumen führt. Eine passive Strahlmodifikationseinrichtung kann hierbei beispielsweise ein Filterelement sein, das mittels des vorgeschlagenen Verfahrens entworfen oder hergestellt wurde. Das Filterelement, das auf diese Art und Weise entworfen wurde, kann dann in eine Bestrahlungseinrichtung eingebaut werden. Hierbei kann mittels des Filterelementes eine Energie und damit die Eindringtiefe (z-Richtung) des Ionen- oder Partikelstrahls modifiziert werden, während jeweils die x- und die y-Richtung durch Ablenkung des Strahls mittels eines Scanners abgefahren werden. Somit kann durch Zusammenwirken des passiven Filterelementes und des aktiven Scanners das zu bestrahlende Zielvolumen abgescannt werden.A active beam modification device can in this case, for example a raster scan device that detects the particle beam according to a Location and energy parameter field leads over the target volume. A passive beam modification device can in this case, for example a filter element, which by means of the proposed method was designed or manufactured. The filter element on this Fashion has been designed, then can be used in an irradiation facility to be built in. Here, by means of the filter element a Energy and thus the penetration depth (z-direction) of the ion or Particle beam to be modified while each of the x- and y-direction by deflecting the beam by means of a Be scanned scanner. Thus, by interaction of the passive filter element and the active scanner to be irradiated Target volume to be scanned.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Bestrahlungsvorrichtung gelöst, die mindestens eine Strahlmodifikationseinrichtung aufweist, die die vorstehend beschriebenen Merkmale umfasst. Hierbei kann die Bestrahlungsvorrichtung insbesondere eine Beschleunigervorrichtung zum Erzeugen und Beschleunigen eines Partikelstrahls umfassen sowie eine Strahlmodifikationseinrichtung aufweisen, mittels der ein zu bestrahlendes Zielvolumen in allen drei Raumrichtungen abgetastet werden kann. Hierbei kann die Strahlmodifikationsvorrichtung sowohl passive als auch aktive als auch eine Kombination von passiven und aktiven Einrichtungen zur Änderung der Strahlenergie und Strahllage und/oder Strahlachse am Ort des Zielvolumens aufweisen. Die Bestrahlungsvorrichtung weist bevorzugt ein Kontrollsystem zur Steuerung der Beschleunigervorrichtung und der mindestens einen Strahlmodifikationseinrichtung zum Bestrahlen von Gegenständen, insbesondere Patienten, auf. Hierdurch kann die Bestrahlungsvorrichtung mittels des Kontrollsystems gesteuert werden, wobei das Kontrollsystem eine Einrichtung aufweist, in der ein Bestrahlungsplan gespeichert ist oder mit der ein entsprechender Bestrahlungsplan erzeugt werden kann.The The object is further achieved by an irradiation device, which has at least one beam modification device which includes the features described above. Here, the Irradiation device, in particular an accelerator device for generating and accelerating a particle beam and a beam modification device, by means of a to irradiated target volume scanned in all three spatial directions can be. In this case, the beam modification device can both passive as well as active as well as a combination of passive and active active facilities to change the beam energy and Have jet position and / or beam axis at the location of the target volume. The irradiation device preferably has a control system for Control of the accelerator device and the at least one Beam modification device for irradiating objects, especially patients, on. This allows the irradiation device controlled by the control system, the control system has a device in which an irradiation plan is stored or with which a corresponding treatment plan is generated can.

Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und es wird betont, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen der Gegenstände und/oder Merkmale im Umfang des Schutzbereiches enthalten sind, solange diese nicht außerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen.The The invention has been described in terms of preferred embodiments and emphasizes that equivalents, alternatives and modifications of the objects and / or features in the Scope of the protection area are included, as long as these are not outside the scope of the claims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei werden für ähnliche Gegenstände in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:following The invention will be more apparent from the figures of the drawing described. This will be for similar items the same reference numbers are used in the figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips einer Strahlmodifikationseinrichtung und deren Wirkung auf eine Tiefendosisverteilung; 1 a schematic representation of a principle of operation of a beam modification device and its effect on a depth dose distribution;

2 eine schematische Darstellung einer Bestrahlungsvorrichtung mit einer aktiven Strahlmodifikationseinrichtung (2a) und mit einer passiven Strahlmodifikationseinrichtung; (2b) 2 1 is a schematic representation of an irradiation device with an active beam modification device (FIG. 2a ) and with a passive beam modifier; ( 2 B )

3 eine schematische Darstellung einer mikroskopischen Dosisverteilung in einem sensitiven Volumen für Bestrahlung mit Ionen (3a, 3b, 3c) und mit Photonen (3d); 3 a schematic representation of a microscopic dose distribution in a sensitive volume for irradiation with ions ( 3a . 3b . 3c ) and photons ( 3d );

4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestrahlung eines Zielvolumens; 4 a flowchart of a method for irradiating a target volume;

5 ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten, die in dem in 4 gezeigten Verfahrens näher ausgeführt werden können; 5 a flowchart of method steps, which in the in 4 shown method can be explained in more detail;

6 eine Verteilung von DNA-Schäden in einem sensitiven Volumen nach einer Bestrahlung mit Ionen und Photonen; 6 a distribution of DNA damage in a sensitive volume after irradiation with ions and photons;

7 eine Verteilung von DNA-Schäden in einem sensitiven Volumen nach Photonenbestrahlung, die zur gleichen Ausbeute korrelierter Schäden führt wie die in 6 gezeigte Bestrahlung mit Ionen; 7 a distribution of DNA damage in a sensitive volume after photon irradiation, resulting in the same yield of correlated damage as in 6 shown irradiation with ions;

8 eine Funktion eines RBW-Faktors in Abhängigkeit vom linearen Energietransfer (LET); 8th a function of an RBW factor as a function of the linear energy transfer (LET);

9a eine schematische Darstellung einer mit Heliumionen applizierten Bestrahlungsdosis in einem Zielvolumen als Funktion der Eindringtiefe; 9a a schematic representation of a radiation dose applied with helium ions in a target volume as a function of the penetration depth;

9b eine Darstellung eines Zellüberlebens als Funktion der Eindringtiefe in einem Zielvolumen nach Bestrahlung mit dem Bestrahlungsfeld aus 9a; 9b a representation of a cell survival as a function of the depth of penetration in a target volume after irradiation with the irradiation field 9a ;

10a eine schematische Darstellung einer mit Protonen und Kohlenstoffionen applizierten Bestrahlungsdosis in einem Zielvolumen für den Fall einer typischen Zwei-Feld Bestrahlung 10a a schematic representation of an applied with protons and carbon ions irradiation dose in a target volume in the case of a typical two-field irradiation

10b eine schematische Darstellung des berechneten Zellüberlebens und der zugehörigen experimentell ermittelten Überlebens-Wahrscheinlichkeiten für die Bestrahlung eines Zielvolumens mit den Bestrahlungsfeldern aus 10a. 10b a schematic representation of the calculated cell survival and the associated experimentally determined survival probabilities for the irradiation of a target volume with the radiation fields from 10a ,

1 stellt in schematischer Darstellung eine Strahlmodifikationseinrichtung 10 und deren Wirkung auf einen monoenergetischen Ionen- oder Partikelstrahl 12 dar. Der monoenergetische Ionenstrahl 12 ist mittels Pfeilen 14 mit gleicher Länge schematisch gezeigt. Die Pfeile 16a bis 16i stellen Ionenstrahlen unterschiedlicher Energie dar und somit einen Ionenstrahl 16, der nicht monoenergetisch ist, also Ionen unterschiedlicher Energie aufweist. Im unteren Teil der 1 ist jeweils in schematischer Darstellung ein Diagramm gezeigt, welches einen Bragg-Peak 18 (linke Darstellung), 24 (rechte Darstellung) in einem zu bestrahlenden Material (nicht dargestellt) zeigt, der die relative Dosis als Funktion der Eindringtiefe im Material zeigt. Die relative Dosis ist auf einer als y-Achse bezeichneten Achse 20 aufgetragen und die Eindringtiefe auf einer als x-Achse bezeichneten Achse 22. Der Kurvenverlauf des Bragg-Peaks 18 beschreibt den Verlauf der Dosis als Funktion der Tiefe für eine Bestrahlung mit monoenergetischen Ionen. Der Bragg-Peak 24 beschreibt die relative Dosis im Material als Funktion der Eindringtiefe für einen Ionenstrahl 16 mit den durch die Pfeile 16a bis 16i dargestellten unterschiedlichen Energien. Der Bragg-Peak 24 wird als extended Bragg-Peak 24 bezeichnet und setzt sich aus einer Überlagerung von einzelnen Bragg-Peaks 19a bis 19i für jeweils eine durch die Pfeile 16a bis 16i symbolisch dargestellte Energie des Ionenstrahls 16 zusammen. Der Ionenstrahl 16 kann hierbei mittels der Strahlmodifikationseinrichtung 10 aus dem Ionenstrahl 12 erzeugt werden. Die relative Dosis entspricht hierbei einer deponierten Dosis in einem Bestrahlungsvolumen (nicht dargestellt). Der Nullpunkt 26 der x-Achse 22 entspricht der Oberfläche des Bestrahlungsvolumens. 1 schematically illustrates a beam modification device 10 and their effect on a monoenergetic ion or particle beam 12 dar. The monoenergetic ion beam 12 is by means of arrows 14 shown with the same length schematically. The arrows 16a to 16i represent ion beams of different energy and thus an ion beam 16 which is not monoenergetic, that is, has ions of different energies. In the lower part of the 1 in each case a schematic diagram is shown, which shows a Bragg peak 18 (left illustration), 24 (right) in a material to be irradiated (not shown) showing the relative dose as a function of the depth of penetration in the material. The relative dose is on an axis called y-axis 20 plotted and the penetration depth on an axis designated as x-axis 22 , The curve of the Bragg peak 18 describes the course of the dose as a function of depth for irradiation with monoenergetic ions. The Bragg Peak 24 describes the relative dose in the material as a function of the penetration depth for an ion beam 16 with the arrows 16a to 16i represented different energies. The Bragg Peak 24 is called an extended Bragg peak 24 denotes and consists of a superposition of individual Bragg peaks 19a to 19i for each one by the arrows 16a to 16i symbolically represented energy of the ion beam 16 together. The ion beam 16 can in this case by means of the beam modification device 10 from the ion beam 12 be generated. The relative dose corresponds to a deposited dose in an irradiation volume (not shown). The zero point 26 the x-axis 22 corresponds to the surface of the irradiation volume.

Hierbei ist schematisch die Wirkung der Strahlmodifikationseinrichtung 10 gezeigt, mit deren Hilfe ein Zielvolumen (nicht dargestellt) mit einer vorgegebenen Dosisverteilung bestrahlt werden kann. Dazu wird ein monoenergetischer Strahl durch aktive oder passive Strahlführungselemente der Strahlmodifikationseinrichtung 10 bezüglich der Strahlenergie und Eindringtiefe so moduliert, dass damit ein vorgegebener Tiefenbereich mit der gewünschten Dosis belegt werden kann. Der Pfeil 28 symbolisiert die Wirkung der Strahlmodifikationseinrichtung 10 ausgehend von dem Bragg-Peak 18 für monoenergetische Ionenbestrahlung hin zu dem Bragg-Peak 24 für den Ionenstrahl 16.Here is the effect of the beam modification device schematically 10 shown, with the aid of which a target volume (not shown) can be irradiated with a predetermined dose distribution. For this purpose, a monoenergetic beam through active or passive beam guiding elements of the beam modification device 10 with respect to the beam energy and penetration depth modulated so that a predetermined depth range can be occupied with the desired dose. The arrow 28 symbolizes the effect of the beam modification device 10 starting from the Bragg peak 18 for monoenergetic ion irradiation towards the Bragg peak 24 for the ion beam 16 ,

2 stellt verschiedene Realisierungsmöglichkeiten der Strahlmodifikationseinrichtung 10 dar. 2a zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer als Bestrahlungsvorrichtung oder Partikeltherapieanlage 30 aufgebauten Beschleunigereinrichtung 36 mit einer aktiven Strahlmodifikationseinrichtung 32, die eine aktive Strahlführung und Strahlapplikation umfasst. Die Partikeltherapieanlage 30 weist typischerweise eine einen Partikelstrahl 34 erzeugende Strahlerzeugungseinrichtung 38 und eine Strahlbeschleunigungseinrichtung 40 auf. Die Strahlerzeugungseinrichtung 38 weist typischerweise eine Partikelquelle, beispielsweise eine Ionenquelle, auf. Die Strahlbeschleunigungseinrichtung weist typischerweise eine Niederenergiebeschleunigereinheit und eine zugehörige Strahlführung auf. Der Beschleunigereinrichtung 36 nachgeschaltet ist ein Synchrotron 42, ein Zyklotron oder einen sonstigen Beschleuniger sowie eine Hochenergiestrahltransporteinrichtung auf. Nach dem Synchrotron 42 wird ein Partikelstrahl 34a mit der zur Bestrahlung notwendigen Energie bereitstellt. Als Partikel werden Typischerweise Partikel oder Teilchen wie Protonen, Pinnen, Heliumionen, Kohlenstoffionen, Sauerstoffionen oder andere als Ionen bezeichnete geladene Teilchen oder Partikel chemischer Elemente oder Verbindungen verwendet. Somit werden die Begriffe Ionen, Teilchen und Partikel synonym in der Erfindung verwendet. 2 represents various implementation possibilities of the beam modification device 10 represents. 2a shows a schematic representation of a structure of an irradiation device or particle therapy system 30 constructed accelerator device 36 with an active beam modification device 32 which includes active beam guidance and beam application. The particle therapy system 30 typically has a particle beam 34 generating beam generating device 38 and a beam accelerator 40 on. The beam generating device 38 typically has a particle source, for example an ion source. The beam acceleration device typically has a low-energy accelerator unit and an associated beam guide. The accelerator device 36 Downstream is a synchrotron 42 , a cyclotron or other accelerator and a high-energy beam transport device. After the synchrotron 42 becomes a particle beam 34a provides the energy necessary for irradiation. Particles or particles such as protons, tines, helium ions, carbon ions, oxygen ions or other charged particles or particles of chemical elements or compounds called ions are typically used as particles. Thus, the terms ions, particles and particles are used interchangeably in the invention.

In 2 ist beispielhaft die Ionenquelle 38, ein Linearbeschleuniger 40 und ein Synchrotron 42 gezeigt. Die Beschleunigereinrichtung 36 und die nachgeschaltete Hochenergiebeschleunigungseinrichtung kann auch jeden anderen Beschleuniger aufweisen, der in der Lage ist, einen Partikelstrahl 34a, insbesondere aus geladenen Ionen, mit der für die Bestrahlung eines Zielvolumens 44 notwendigen Energie bereitzustellen. Für die Anwendung in der Tumortherapie werden typischerweise Beschleunigereinrichtungen 36 eingesetzt, die einen Ionenstrahl 34a mit einer Maximalenergie der Partikel in der Größenordnung von typischerweise 1 GeV/amu bereitstellen.In 2 is an example of the ion source 38 , a linear accelerator 40 and a synchrotron 42 shown. The accelerator device 36 and the downstream high energy accelerator may also comprise any other accelerator capable of producing a particle beam 34a , in particular from charged ions, with the for the irradiation of a target volume 44 provide necessary energy. For use in tumor therapy are typically accelerators 36 used an ion beam 34a with a maximum energy of the particles of the order of typically 1 GeV / amu.

Das Zielvolumen 44 ist in einem Objekt oder Bestrahlungsvolumen 46 angeordnet, wobei das Objekt 46 das das Zielvolumen 44 umgebende Volumen umfassen kann und/oder den gesamten zu bestrahlenden Gegenstand. Das zu bestrahlende Zielvolumen 44 kann ein beliebig geformtes Volumen sein, das der Partikelstrahlung ausgesetzt werden soll, zum Beispiel ein Filmdetektorsystem, ein mit Zellkulturproben gefülltes Volumen oder ein Tumorvolumen in einem Patienten (nicht dargestellt). Das Zielvolumen 44 kann sowohl ein ruhendes Zielvolumen 44 als auch ein sich bewegendes Zielvolumen 44 sein. Das Zielvolumen 44 wird typischerweise in Scheiben 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f aufgeteilt, die jeweils mit einem Ionenstrahl 34a mit einer für die jeweilige Scheibe 45a, 45b, 45c, 45d, 45e und 45f notwendigen spezifischen Energie bestrahlt werden. Die jeweilige Energie wird üblicherweise mit dem Sysnchrotron 42 eingestellt und ist variierbar.The target volume 44 is in an object or irradiation volume 46 arranged, with the object 46 that the target volume 44 surrounding volumes and / or the entire object to be irradiated. The target volume to be irradiated 44 may be any shaped volume to be exposed to particle radiation, for example, a film detector system, a cell culture filled volume, or a tumor volume in a patient (not shown). The target volume 44 can both a resting target volume 44 as well as a moving target volume 44 be. The target volume 44 is typically sliced 45a . 45b . 45c . 45d . 45e . 45f split, each with an ion beam 34a with one for each disc 45a . 45b . 45c . 45d . 45e and 45f necessary specific energy to be irradiated. The respective energy is usually with the Sysnchrotron 42 set and is variable.

Zum Applizierender Gesamtdosis in dem zu bestrahlenden Zielvolumen 44, wird das Zielvolumen 44 beispielsweise mittels eines Rasterscan-Verfahrens bestrahlt, Dabei wird ein dünner Bleistiftstrahl mithilfe von Ablenkmagneten 48a und 48b sowie 50a und 50b lateral über das zu bestrahlende Volumen 46 gelenkt, durch Variation der Hochenergie-Beschleunigereinstellung oder der Absorberdicke wird die Strahlenergie und somit die Eindringtiefe des Strahls 34a variiert und der Strahl damit in longitudinaler Richtung über das zu bestrahlende Volumen, insbesondere über die Scheiben 45a, 45b, 45c, 45d, 45e und 45f geführt.To be administered total dose in the target volume to be irradiated 44 , becomes the target volume 44 For example, it is irradiated by means of a raster scan method, whereby a thin pencil beam is generated by means of deflection magnets 48a and 48b such as 50a and 50b lateral over the volume to be irradiated 46 steered, by varying the high-energy accelerator setting or the absorber thickness, the beam energy and thus the penetration depth of the beam 34a varies and the beam so that in the longitudinal direction over the volume to be irradiated, in particular on the discs 45a . 45b . 45c . 45d . 45e and 45f guided.

Die Bestrahlungsvorrichtung 30 weist dazu eine Ablaufsteuereinrichtung 52 sowie mindestens einen Detektor 54 zur Überwachung der als Ionenstrahlparameter bezeichneten Parameter des Ionenstrahls 34a auf. Die Ablaufsteuerungseinrichtung 52 ist mittels einer typischerweise elektrischen Verbindung 56 mit der Beschleunigereinrichtung 36, insbesondere dem Synchrotron 42, und mittels einer Verbindung 58 mit einer Rasterscaneinrichtung 60 gekoppelt. Mittels einer Verbindung 62 ist die Ablaufsteuerung 52 mit dem Detektor 54 verbunden. Somit können über den Detektor 54 ermittelten Werte (Parameter des Partikelstrahls 34a), wie beispielsweise Energie und Position des Partikelstrahls 34a, zur Steuerung und Regelung der Bestrahlungsvorrichtung 36, insbesondere des Synchrotrons 42, verwendet werden. Der Detektor 54 kann aus mehreren Detektoreinheiten aufgebaut sein. In der gezeigten Ausführungsform ist der Detektor 54 aus zwei Detektoreinheiten 54a und 54b zusammengesetzt und folglich weist die Verbindung 62 zwei Verbindungen 62a und 62b auf. Ein Beispiel für einen Detektor 54 zur Bestimmung der Ionenstrahlparameter ist zum Beispiel eine Ionisationskammer 54a und eine Vieldraht-Proportionalkammer 54b, die als Strahlintensitäts- oder Strahlpositions-Monitore einsetzbar oder geeignet sind.The irradiation device 30 has a flow control device 52 and at least one detector 54 for monitoring the parameters of the ion beam called ion beam parameters 34a on. The flow control device 52 is by means of a typically electrical connection 56 with the accelerator device 36 , in particular the synchrotron 42 , and by means of a connection 58 with a raster scan device 60 coupled. By means of a connection 62 is the flow control 52 with the detector 54 connected. Thus, over the detector 54 determined values (parameters of the particle beam 34a ), such as energy and position of the particle beam 34a , for controlling and regulating the irradiation device 36 , in particular the synchrotron 42 , be used. The detector 54 can be made up of several detector units. In the embodiment shown, the detector is 54 from two detector units 54a and 54b compounded and therefore assigns the connection 62 two connections 62a and 62b on. An example of a detector 54 for the determination of the ion beam parameters is for example an ionization chamber 54a and a multi-wire proportional chamber 54b which are usable or suitable as beam intensity or beam position monitors.

Die Ablaufsteuereinrichtung 52 stellt das Kontrollsystem der Partikelstrahlanlage 30 dar und steuert somit die einzelnen Komponenten der Anlage 30, wie beispielsweise die Beschleunigereinrichtung 36, das Synchrotron 42 und die Magnete 48a, 48b sowie 50a und 50b der Rasterscan-Einrichtung 60. Ferner können in der Ablaufsteuereinrichtung 52 Messdaten, wie beispielsweise Daten des Detektors 54, zur Überwachung der Strahlparameter eingelesen und/oder gespeichert werden.The flow control device 52 represents the control system of the particle beam system 30 and thus controls the individual components of the system 30 such as the accelerator device 36 , the synchrotron 42 and the magnets 48a . 48b such as 50a and 50b the raster scan facility 60 , Further, in the flow control device 52 Measurement data, such as data of the detector 54 , are read in and / or stored for monitoring the beam parameters.

Üblicherweise erfolgt die Steuerung der Strahlparameter der Partikelstrahlanlage 30 mit Hilfe eines Bestrahlungsplans, der vor einer Bestrahlung erzeugt wird. Dieser Bestrahlungsplan wird typischerweise vor dem Beginn der Bestrahlung des Zielvolumens 44 in einer Planungseinrichtung erstellt. Es kann aber auch vorgesehen sein, den Bestrahlungsplan zu erstellen und/oder zu modifizieren, wenn die Bestrahlung bereits begonnen hat. Mittels eines Verfahrens 200 (in 4 dargstellt) können derartige Bestrahlungspläne erstellt werden.Usually, the control of the beam parameters of the particle beam system takes place 30 with the help of an irradiation plan, which is generated before an irradiation. This treatment plan will typically be before the start of irradiation of the target volume 44 created in a planning facility. However, it can also be provided to create and / or modify the treatment plan when the irradiation has already begun. By means of a procedure 200 (in 4 dargstellt) such irradiation plans can be created.

Die in 2a gezeigte Strahlmodifikationseinrichtung 10 ist eine aktive Strahlmodifikationseinrichtung 32. Die Anordnungen der in 2a gezeigten Komponenten der Partikelstrahlanlage 30 sind lediglich beispielhaft. Auch andere Anordnungen, insbesondere andere Komponenten zur Strahlerzeugung und zur Strahlmodifikationen sind einsetzbar.In the 2a shown beam modification device 10 is an active beam modification device 32 , The arrangements of in 2a shown components of the particle beam system 30 are only examples. Other arrangements, in particular other components for beam generation and beam modifications can be used.

2b zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel einer anderen Ausführungsform einer Bestrahlungseinrichtung 66. Die Modulation der Strahlenergie (Energie des Ionenstrahls) erfolgt in diesem Falle über ein sog. Ridge-Filter-System 68. Die Form dieses Filters 68 ist so ausgelegt, dass durch variable Dicke an verschiedenen Stellen des Filters ein Ionenstrahl 34a unterschiedlich stark abgebremst wird. Durch die Konstruktion des Filters 68 wird damit die genaue Form der Tiefendosisverteilung des Ionenstrahls im Zielvolumen 44 eindeutig festgelegt. Umgekehrt bestimmt eine vorgegebene Tiefendosisverteilung die Auslegung des zugehörigen Filters 68. Die technische Auslegung des Filters 68 ist somit typischerweise vom jeweiligen ermittelten Bestrahlungsplan abhängig. Das Verfahren 200 zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes kann bei der Fertigung des Filtersystems 68 und/oder einzelner Komponenten eingesetzt werden und kann damit z. B. zur Erzeugung von Steuerdaten für CNC-Fertigungsmaschinen dienen. Die durch das vorgeschlagene Verfahren erzeugten Daten der zu erzielenden effektiven Dosisverteilung können somit bei der Herstellung des Filters 68 eingesetzt werden. Die in 2b gezeigte Strahlmodifikationseinrichtung 10 wird als eine passive Strahlmodifikationseinrichtung 70 bezeichnet. Die passive Strahlmodifikationseinrichtung 70 umfasst typischerweise neben dem Filter 68 eine Kollimatoreinrichtung 71, von der schematisch lediglich ein Kollimator dargestellt ist. 2 B shows a schematic representation of an example of another embodiment of an irradiation device 66 , The modulation of the beam energy (energy of the ion beam) is in this case via a so-called. Ridge filter system 68 , The shape of this filter 68 is designed so that by variable thickness at different points of the filter an ion beam 34a is braked differently strong. By the construction of the filter 68 thus becomes the exact form of the depth dose distribution of the ion beam in the target volume 44 clearly defined. Conversely, a given depth dose distribution determines the design of the associated filter 68 , The technical design of the filter 68 is thus typically determined by the respective Irradiation plan dependent. The procedure 200 for the preparation of an irradiation plan can in the manufacture of the filter system 68 and / or individual components can be used and thus z. B. are used to generate control data for CNC manufacturing machines. The data of the effective dose distribution to be achieved by the proposed method can thus be used in the production of the filter 68 be used. In the 2 B shown beam modification device 10 is called a passive beam modifier 70 designated. The passive beam modification device 70 typically includes next to the filter 68 a collimator device 71 , of which schematically only one collimator is shown.

Neben den oben beschrieben aktiven und passiven Verfahren zur Strahlmodifikation sind auch gemischte Verfahren zur Implementierung einer Strahlmodifikationseinrichtung denkbar.Next the above-described active and passive method of beam modification are also mixed methods for implementing a beam modifier conceivable.

3 zeigt schematisch den Erwartungswert der Energiedeposition auf einer Mikrometerskala für Photonenstrahlen (3d) und Ionenstrahlen (3b). Die im Vergleich zu Photonenstrahlung veränderte Wirkung von Ionenstrahlen lässt sich auf die unterschiedliche mikroskopische Verteilung der Energiedeposition 72 der verschiedenen Strahlenarten, also Ionenstrahlung und Photonenstrahlung, zurückführen. Bei Photonenstrahlung erfolgt diese Verteilung im Mittel gleichmäßig über eine betrachtete Fläche 74. Im Gegensatz dazu deponieren Ionen ihre Energie sehr heterogen verteilt. In der Nähe einer Trajektorie oder Spur 76 eines Ions (in einigen nm Abstand) können extrem hohe Dosen D (bis zu ca. 106 Gy) deponiert werden, wohingegen in größeren Abständen (einige μm) von der Trajektorie 76 die Dosiswerte sehr schnell auf sehr geringe Werte (<< 1 Gy) abfallen können. Damit ergibt sich insgesamt eine sehr heterogene Verteilung 78 (3b) der deponierten Energie. Betrachtet man jedoch nur einen kleinen Teilbereich (nm3) 80 (3c) dieser heterogenen Verteilung 78 so kann die in diesem Teilbereich deponierte Dosis wieder als näherungsweise konstant angenommen werden. Somit ähnelt diese Verteilung, der Verteilung, die für die Bestrahlung mit Photonen bei gleicher lokaler Dosis erwartet würde. 3 shows schematically the expected value of the energy deposition on a micrometer scale for photon beams ( 3d ) and ion beams ( 3b ). The changed effect of ion beams compared to photon radiation can be attributed to the different microscopic distribution of the energy deposition 72 of the different types of radiation, ie ion radiation and photon radiation. In the case of photon radiation, this distribution takes place on average uniformly over a considered area 74 , In contrast, ions deposit their energy very heterogeneously distributed. Near a trajectory or track 76 of an ion (at a few nm distance) extremely high doses D (up to approx. 10 6 Gy) can be deposited, whereas at larger distances (a few μm) the trajectory can be deposited 76 the dose values can very quickly drop to very low values (<< 1 Gy). This results in a very heterogeneous distribution overall 78 ( 3b ) of the deposited energy. However, considering only a small subrange (nm 3 ) 80 ( 3c ) of this heterogeneous distribution 78 Thus, the dose deposited in this sub-area can again be assumed to be approximately constant. Thus, this distribution is similar to the distribution expected for irradiation with photons at the same local dose.

Somit kann durch die Auswahl eines geeigneten Teilbereichs 80 aufgrund der vorstehend beschriebenen Ähnlichkeit die Wirkung von Ionenstrahlen in einem kleinen Teilbereich aus der Wirkung von Photonenstrahlung abgeleitet werden. Insbesondere wird als Teilbereich, insbesondere als Teilvolumen, ein sensitives Volumen gewählt.Thus, by selecting a suitable subarea 80 due to the similarity described above, the effect of ion beams in a small portion are derived from the action of photon radiation. In particular, a sensitive volume is selected as partial area, in particular as partial volume.

Die Ausnutzung dieses Prinzips zur Berechnung der Wirkung von Ionenstrahlen zur Ermittlung und Optimierung eines Bestrahlungsplanes wird im Folgenden anhand des in 4 dargestellten Verfahrens genauer erläutert.The exploitation of this principle for calculating the effect of ion beams for the determination and optimization of an irradiation plan will be described in the following with reference to FIG 4 illustrated method explained in more detail.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Erstellung eines Bestrahlungsplanes, der zur Bestrahlung des Zielvolumens 44 mit dem Partikelstrahl 34a (vergleiche 2) verwendet wird. In Verfahrenschritt 210 wird mit der Berechnung begonnen. Im Verfahrenschritt 220 wird eine Fluenzverteilung in einem Zielvolumen 44 des Bestrahlungsvolumens 46 ermittelt. Das Zielvolumen 44 kann ein zu bestrahlendes anorganisches, organisches oder biologisches Material aufweisen. Biologisches Material setzt sich typischerweise aus Zellen zusammen. Das Zielvolumen 44 kann beispielsweise mindestens eine Zellkultur und/oder mindestens ein Gewebe, beispielsweise ein Tumorgewebe, aufweisen. 4 shows a flowchart of a method 200 for the preparation of an irradiation plan for the irradiation of the target volume 44 with the particle beam 34a (see 2 ) is used. In process step 210 the calculation is started. In the process step 220 becomes a fluence distribution in a target volume 44 the irradiation volume 46 determined. The target volume 44 may comprise an inorganic, organic or biological material to be irradiated. Biological material is typically composed of cells. The target volume 44 For example, it may have at least one cell culture and / or at least one tissue, for example a tumor tissue.

In Verfahrenschritt 230 wird eine aus der Fluenzverteilung resultierende effektive Dosisverteilung ermittelt, wobei Daten verwendet werden, die den im jeweiligen Material beobachtbaren Effekt auf der Basis einer mikroskopischen, insbesondere lokalen, Schadenskorrelation bestimmt. In Schritt 235 wird abgefragt, ob für die gegebene Fluenzverteilung die gewünschte Zieldosis erreicht wird. Wenn dies der Fall ist, wird das Verfahren im Schritt 240 beendet. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Fluenzverteilung entsprechend der Differenz zwischen Soll- und Istwert der effektiven Dosisverteilung modifiziert und dann mit Schritt 220 fortgefahren.In process step 230 an effective dose distribution resulting from the fluence distribution is determined using data which determines the effect observable in the respective material on the basis of a microscopic, in particular local, damage correlation. In step 235 it is queried whether the desired target dose is achieved for the given fluence distribution. If this is the case, the procedure in step 240 completed. If this is not the case, the fluence distribution is modified according to the difference between the setpoint and actual values of the effective dose distribution and then to step 220 continued.

Das Verfahren 200 kann zur Bestrahlung des Zielvolumens 44, zur Aufstellung eines Bestrahlungsplanes, der bei der Bestrahlung des Zielvolumens 44 verwendet wird, und/oder zur Validierung des Bestrahlungsplanes vor oder nach erfolgter Bestrahlung des Zielvolumens 44 verwendet werden.The procedure 200 can be used to irradiate the target volume 44 , for drawing up an irradiation plan, which is based on the irradiation of the target volume 44 is used, and / or for validation of the treatment plan before or after irradiation of the target volume 44 be used.

Das Verfahren 200 beinhaltet im Verfahrensschritt 230 die Verwendung eines biophysikalischen Modells, da die Anwendung der Partikelstrahlen bei der Bestrahlung von Materie, insbesondere von biologischem Gewebe in der Tumortherapie, die genaue Kenntnis der biologischen Wirkungen der Partikelstrahlen erfordern. Das verwendete biophysikalische Modell wird als Local-Effect-Model (LEM) bezeichnet und berücksichtigt die komplexe Abhängigkeit der Wirksamkeit von Parametern des Partikelstrahls 34a, wie Art der Partikel (Ionensorte), Ionenstrahlenergie, Ionendosis und Material, insbesondere Zell- beziehungsweise Gewebetyp. Hierbei wird bei der Berechnung der effektiven Dosisverteilung die biologische Wirkung der lokalen Energiedeposition innerhalb einer Zelle beziehungsweise eines Zellkerns berücksichtigt.The procedure 200 includes in the process step 230 the use of a biophysical model, since the use of particle beams in the irradiation of matter, in particular of biological tissue in tumor therapy, requires the exact knowledge of the biological effects of particle beams. The biophysical model used is referred to as the local effect model (LEM) and takes into account the complex dependence of the effectiveness of parameters of the particle beam 34a , such as type of particle (ion species), ion beam energy, ion dose and material, in particular cell or tissue type. Hereby, the biological effect of the local energy deposition becomes in the calculation of the effective dose distribution taken into account within a cell or a cell nucleus.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte, die im Verfahrenschritt 230 des Ablaufdiagramms von 4 enthalten sein können. 5 shows a flowchart of the method steps in the process step 230 of the flowchart of 4 may be included.

Im Verfahrenschritt 250 wird aus der Fluenzverteilung eine mikroskopische Dosisverteilung mDv ermittelt. Hierbei kann die mikroskopische Dosisverteilung, insbesondere die lokale Dosisverteilung, zumindest unter teilweiser Verwendung der radialen Dosisverteilung um eine einzelne Ionenspur bestimmt werden. Die radiale Dosisverteilung beschreibt den Erwartungswert der lokalen Energiedeposition als Funktion des Abstandes von der Trajektorie der Ionenspur. Der Vorteil der Verwendung der radialen Dosisverteilung liegt darin, dass damit direkt auf die Effekte nach Photonenbestrahlung Bezug genommen werden kann. Die radiale Dosisverteilung kann beispielsweise durch Monte Carlo Simulationen erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht durch eine analytische Dosisbeschreibung einer amorphen Bahnstruktur. Die radiale Dosisverteilung beschreibt den Erwartungswert der lokalen Energiedeposition als Funktion des Abstandes von der Trajektorie der Ionenspur. Der Vorteil der Verwendung der radialen Dosisverteilung liegt darin, dass damit direkt auf die Effekte nach Photonenbestrahlung Bezug genommen werden kann. Die radiale Dosisverteilung kann beispielsweise durch Monte Carlo Simulationen erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht durch eine analytische Dosisbeschreibung einer amorphen Bahnstruktur. in der Form, wie sie in den nach dem Stand der Technik bekannten Modellen LEM angewendet werden:

Figure 00270001
wobei λ eine Normierungskonstante ist, LET den linearen Energietransfer beschreibt, rmin den inneren Bereich mit konstanter Dosis charakterisiert und rmax der maximale Spurradius ist, beispielsweise bestimmt durch: rm = γEδ (5)mit γ = 0.062, δ = 1.7. rmax ist hierbei gegeben in μm und E ist die spezifische Energie des Ions in MeV/u. Der LET bezeichnet hierbei die von einem Ion pro Weglängeneinheit bei Durchgang durch wasseräquivalentes Material deponierte Energie und wird in keV/μm angegeben.In the process step 250 From the fluence distribution a microscopic dose distribution mDv is determined. In this case, the microscopic dose distribution, in particular the local dose distribution, can be determined at least with the partial use of the radial dose distribution around a single ion trace. The radial dose distribution describes the expected value of the local energy deposition as a function of the distance from the trajectory of the ion trace. The advantage of using the radial dose distribution is that it can directly refer to the effects after photon irradiation. The radial dose distribution can be generated for example by Monte Carlo simulations. Another possibility is an analytical dose description of an amorphous web structure. The radial dose distribution describes the expected value of the local energy deposition as a function of the distance from the trajectory of the ion trace. The advantage of using the radial dose distribution is that it can directly refer to the effects after photon irradiation. The radial dose distribution can be generated for example by Monte Carlo simulations. Another possibility is an analytical dose description of an amorphous web structure. in the form used in the LEM models known in the art:
Figure 00270001
where λ is a normalization constant, LET describes the linear energy transfer, r min characterizes the inner region with constant dose and r max is the maximum track radius, for example determined by: r m = γE δ (5) with γ = 0.062, δ = 1.7. Here, r max is given in μm and E is the specific energy of the ion in MeV / u. The LET designates the energy deposited by one ion per path length unit when passing through water-equivalent material and is given in keV / μm.

Im Verfahrenschritt 260 wird eine räumliche Schadensverteilung rSv zumindest teilweise aus der mikroskopischen Dosisverteilung mDv ermittelt, wobei die Wahrscheinlichkeit einer lokalen Schadensinduktion zumindest teilweise aus einer zugehörigen Photonendosiseffektkurve PEK1 abgeleitet wird. Im Falle biologischer Zielvolumens, z. B. Zellen oder Gewebe, kann die räumliche Schadenverteilung rSv zum Beispiel durch die Verteilung der Doppelstrangbrüche (DSB) im Zellkern gegeben sein. In diesem Fall ist die zugehörige Photonendosiseffektkurve PEK1 diejenige Dosiseffektkurve, die die Induktion von Doppelstrangbrüchen als Funktion der Dosis beschreibt.In the process step 260 a spatial damage distribution rSv is at least partially determined from the microscopic dose distribution mDv, wherein the probability of a local damage induction is at least partially derived from an associated photon dose effect curve PEK1. In the case of biological target volume, z. As cells or tissues, the spatial damage distribution rSv can be given for example by the distribution of double-strand breaks (DSB) in the nucleus. In this case, the associated photon dose-effect curve PEK1 is the dose-effect curve describing the induction of double-strand breaks as a function of the dose.

Im Verfahrenschritt 270 wird der Erwartungswert für die Anzahl korrelierter Schäden in einem geeignet gewählten Volumen zumindest teilweise aus der räumlichen Schadensverteilung rSv innerhalb eines sensitiven Volumens bestimmt. Im Falle von biologischem Material weist das sensitive Volumen mindestens ein Unter- und/oder Teilvolumen einer Zelle des biologischen Materials auf. Wie vorstehend beschrieben, liegt der Vorteil der Aufteilung in ein Unter- und oder Teilvolumen darin, dass in einem Teilbereich die Verteilung des Erwartungswertes der Energiedeposition auch bei Ionenstrahlen nahezu gleichförmig vorliegt, und damit der Verteilung bei Photonenstrahlen ähnelt.In the process step 270 the expected value for the number of correlated damages in a suitably chosen volume is determined at least in part from the spatial damage distribution rSv within a sensitive volume. In the case of biological material, the sensitive volume has at least one lower and / or partial volume of a cell of the biological material. As described above, the advantage of the division into a subvolume and / or subvolume lies in the fact that in a subarea the distribution of the expected value of the energy deposition is almost uniform even with ion beams, and thus resembles the distribution in photon beams.

Deshalb sollte der biologische Effekt in diesen kleinen Volumina demjenigen entsprechen, den man für Photonenstrahlung bei gleich großer Dosis erwartet.Therefore the biological effect in those small volumes should be that correspond to that for photon radiation at the same size Dose expected.

Somit ist es dadurch ermöglicht, die biologische Wirkung von Ionenstrahlen aus derjenigen von Photonenstrahlen herzuleiten.Consequently it is thereby made possible the biological effect of Derive ion beams from that of photon rays.

Im Verfahrenschritt 280 wird eine Photonendosis PD1 ermittelt, die zum Erreichen derselben Ausbeute korrelierter Schäden erforderlich gewesen wäre. Die korrelierten Schäden sind hierbei typischerweise Kombinationen von Doppelstrangbrüchen, die innerhalb eines vorgegebenen Abstandes induziert werden. Als korrelierte Schäden können aber auch Kombinationen von Doppelstrangbrüchen mit Einzelstrangbrüchen oder anderen, für die Zellfunktionen relevanten Schädigungen der DNA betrachtet werden.In the process step 280 For example, a photon dose PD1 that would have been required to achieve the same yield of correlated damage is determined. The correlated damages are typically combinations of double-strand breaks induced within a given distance. As correlated damage but also combinations of double-strand breaks with single-strand breaks or at whose damage to the DNA relevant to the cell functions is considered.

Im Verfahrenschritt 290 wird aus einer zweiten Photonendosiseffektkurve PEK2 für den beobachtbaren Effekt ein zu der Photonendosis PD1 gehöriger Effekt E1 bestimmt. Bei der Bestrahlung von Tumorgewebe kann der beobachtbare Effekt zum Beispiel die Tumorzerstörung sein. Der beobachtbare Effekt kann aber auch das umliegende gesunde Normalgewebe betreffen; zum Beispiel kann es sich um die Schädigung der Haut handeln, die im Eingangskanal des Bestrahlungsfeldes vor dem Tumor liegt. Die Photonendosiseffektkurve PEK2 würde in diesen Fällen eine Abhängigkeit der Tumorzerstörung bzw. der Hautschädigung als Funktion der Bestrahlungsdosis repräsentieren.In the process step 290 is determined from a second photon dose-effect curve PEK2 for the observable effect, an effect E1 associated with the photon dose PD1. For example, when irradiating tumor tissue, the observable effect may be tumor destruction. The observable effect may also affect the surrounding healthy normal tissue; For example, it may be the damage to the skin that lies in the entrance channel of the radiation field in front of the tumor. The photon dose-effect curve PEK2 in these cases would represent a dependency of the tumor destruction or the skin damage as a function of the irradiation dose.

Im Verfahrenschritt 300 wird ein beobachtbarer Effekt E2 für die gegebene Fluenzverteilung aus der Skalierung des beobachtbaren Effekts E1 entsprechend dem Verhältnis aus der Photonendosis PD1 und der im sensitiven Volumen entsprechend der Fluenzverteilung deponierten Ionendosis ID bestimmt.In the process step 300 For example, an observable effect E2 for the given fluence distribution is determined from the scaling of the observable effect E1 according to the ratio of the photon dose PD1 and the ion dose ID deposited in the sensitive volume in accordance with the fluence distribution.

Im Verfahrenschritt 310 wird die effektive Dosis als diejenige Photonendosis PD2 bestimmt, die zu demselben Effekt E2 führen würde wie die Ionendosis ID. Die relative biologische Wirksamkeit ergibt sich dann aus dem Verhältnis der Photonendosis PD2 zur Ionendosis ID.In the process step 310 For example, the effective dose is determined to be that photon dose PD2 that would result in the same E2 effect as the ion dose ID. The relative biological effectiveness then results from the ratio of the photon dose PD2 to the ion dose ID.

Mit dem Verfahren 200 lassen sich Vorhersagen über beobachtbare Effekte, beispielsweise die Überlebenswahrscheinlichkeit von Zellen in einer bestrahlten Zellkultur, die Wahrscheinlichkeit der Tumorzerstörung oder die Wahrscheinlichkeit von Normalgewebsschädigungen nach Bestrahlung mit einem Partikelstrahl 34a machen.With the procedure 200 predictions can be made about observable effects, such as the probability of survival of cells in irradiated cell culture, the likelihood of tumor destruction, or the likelihood of normal tissue damage following irradiation with a particle beam 34a do.

Typischerweise wird mit dem Verfahren 200 die Wirkung über den gesamten, für den Einsatz in der Tumortherapie relevanten Energiebereich als auch über einen weiten Bereich verschiedener Ionensorten korrekt beschrieben. Beispielrechnungen, die mit dem Verfahren 200 durchgeführt wurden, sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt und beschrieben.Typically, with the method 200 the effect is correctly described over the entire energy range relevant for use in tumor therapy as well as over a wide range of different ionic species. Sample calculations using the procedure 200 have been performed are shown and described in the following figures.

Dabei kann den Berechnungen die folgenden Beschreibungen und Parameter zugrunde gelegt werden, wobei diese nicht zwingend für die vorgeschlagene Bestimmung der effektiven Dosisverteilung sind:

  • 1) Der Zellkern als sensitives Volumen wird als Zylinder mit einem Volumen von 500 μm3 simuliert. Der Zellkernradius wird mittels experimenteller Daten bestimmt. Die Zellkernhöhe ergibt sich entsprechend.
  • 2) Die radiale Dosisverteilung um einzelne Ionenspuren ergibt sich gemäß Gleichung (4). Dabei ist rmin = v/c·6.5 nm energieabhängig, wobei v die Ionen- und c die Lichtgeschwindigkeit sind.
  • 3) PEK1 wird aus experimentellen Daten zu NDSB = γDSB·Dγ mit γDSB = 30 DSBs/Gy/Zelle und Dγ ist die Photonendosis. Zusätzlich wird ein weiterer Clustereffekt von Einzelstrangbrüchen (ESB) wie in ( Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319–329 ) berücksichtigt.
  • 4) PEK2 ergibt sich aus:
    Figure 00310001
    wobei α, β die linear-quadratischen Parameter sind, die in der Regel durch „in-vitro”-Messungen oder klinische Daten gegeben sind. s = α + 2βDt ist die Steigung oberhalb eines Schwellwertes Dt, oberhalb dessen nach experimenteller Kenntnis die PEK2 in einen rein exponentiellen Verlauf übergeht. St ist die Steigung für D > Dt und η quantifiziert den Clustereffekt von ESB (siehe oben und Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research, Vol. 167, 319–329 ).
  • 5) Korrelierte Schäden werden in den Beispielrechnungen als DSB-Paare mit einem Abstand kleiner als 440 nm angesehen. Dieser Wert wurde unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand experimenteller Daten optimiert. Er ist unabhängig von Ionensorte, Ionenenergie, Dosis oder biologischem Material.
The calculations may be based on the following descriptions and parameters, which are not necessarily for the proposed determination of the effective dose distribution:
  • 1) The nucleus as a sensitive volume is simulated as a cylinder with a volume of 500 μm 3 . The nucleus radius is determined by means of experimental data. The cell nucleus height results accordingly.
  • 2) The radial dose distribution around individual ion traces is obtained according to equation (4). In this case, r min = v / c · 6.5 nm is energy-dependent, v being the ion velocity and c the speed of light.
  • 3) PEK1 is calculated from experimental data for N DSB = γ DSB × D γ with γ DSB = 30 DSBs / Gy / cell and D γ is the photon dose. In addition, another cluster effect of single-strand breaks (ESB) as in ( Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329 ) considered.
  • 4) PEK2 results from:
    Figure 00310001
    where α, β are the linear-quadratic parameters, which are usually given by "in vitro" measurements or clinical data. s = α + 2βD t is the slope above a threshold value D t , above which, according to experimental knowledge, the PEK2 changes into a purely exponential curve. S t is the slope for D> Dt and η quantifies the cluster effect of ESB (see above and Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research, Vol. 167, 319-329 ).
  • 5) Correlated damages are considered in the example calculations as DSB pairs with a distance smaller than 440 nm. This value was optimized using the method according to the invention on the basis of experimental data. It is independent of ion type, ion energy, dose or biological material.

6 zeigt eine berechnete Verteilungen von Doppelstrangbrüchen nach Bestrahlung eines Zellkerns mit einem Radius von 5 μm mit einem Ion (11 MeV/u, 153.5 keV/μm) bzw. Photonen. Dabei wurde für beide Strahlenarten die gleiche Gesamt-Energiedeposition D1 = 0.3 Gy zugrunde gelegt, die der Dosisdeposition des einzelnen Ions im Zellkern entspricht. Die drei Achsen x, y, z stellen jeweils eine Längenausdehnung des Zellkerns in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung dar, wobei die Zahlenangabe einer Länge in Mikrometern entspricht. Die kreisförmigen Symbole 98 stellen jeweils einen Doppelstrangbruch nach Durchquerung eines Ions durch den Zellkern dar, wogegen die quadratischen Symbole 99 jeweils einen Doppelstrangbruch nach Bestrahlung mit Photonen darstellen. Die Flugbahn oder Trajektorie des Ions als solche ist mit dem Pfeil 97 gekennzeichnet. Es ist deutlich erkennbar, dass die Doppelstrangbrüche nach Ionenbestrahlung in einem engen Bereich um die Ionenbahn herum lokalisiert sind. Die Doppelstrangbrüche nach Photonenbestrahlung, die mit dem Symbol 99 gekennzeichnet sind, sind dagegen stochastisch und annähernd gleichförmig innerhalb des gesamten Zellkernvolumens verteilt. 6 shows a calculated distribution of double-strand breaks after irradiation of a nucleus with a radius of 5 μm with an ion (11 MeV / u, 153.5 keV / μm) or photons. For both types of radiation, the same total energy deposition D 1 = 0.3 Gy was used, which corresponds to the dose position of the individual ion in the cell nucleus. The three axes x, y, z each represent a longitudinal extension of the cell nucleus in the x-direction, y-direction and z-direction, wherein the numerical value corresponds to a length in micrometers. The circular symbols 98 each represent a double-strand break after crossing an ion through the nucleus, whereas the quadratic symbols 99 one double strand break after Be radiation with photons. The trajectory or trajectory of the ion as such is indicated by the arrow 97 characterized. It can be clearly seen that the double-strand breaks are located after ion irradiation in a narrow region around the ion trajectory. The double-strand breaks after photon irradiation, with the symbol 99 are stochastically and approximately uniformly distributed throughout the cell nucleus volume.

Aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Verteilung ist es für Ionenstrahlen deutlich wahrscheinlicher, korrelierte Schäden, d. h. zum Beispiel zwei Doppelstrangbrüche innerhalb eines vorgegebenen Abstandes von beispielsweise 440 nm zu induzieren.by virtue of the different spatial distribution is for it Ion beams much more likely, correlated damage, d. H. for example, two double-strand breaks within one predetermined distance of, for example, 440 nm to induce.

Als Maß für die Wahrscheinlichkeit der Induktion korrelierter Schäden kann das Verhältnis der Anzahl korrelierter Schäden, beispielsweise Doppelstrangbruch-Paare (DSB-Paare), zur Gesamtzahl der induzierten Einzelschäden (DSB) betrachtet werden. Um mit Photonenstrahlen eine ähnliches Verhältnis der Anzahl korrelierter Schäden AkS zur Gesamtzahl von Einzelschäden wie mit Ionenstrahlen zu induzieren, ist eine deutlich höhere Dosis notwendig.When Measure of the probability of induction correlated Damage can be more correlated with the ratio of number Damage, for example double-strand break pairs (DSB pairs), to the total number of induced individual injuries (DSB) become. To deal with photon rays a similar relationship the number of correlated damage AkS to the total number of Individual damage as induced by ion beams is a much higher dose is necessary.

7 zeigt die berechnete Verteilung von Doppelstrangbrüchen 99 nach Photonenbestrahlung bei einer Dosis, die zum gleichen Verhältnis korrelierter Schäden zu Gesamtschäden führt wie die in 6 gezeigte Verteilung für Ionenstrahlen. Für ein geeignet gewähltes Untervolumen des Zellkerns kann deshalb die in 7 gezeigte Verteilung als repräsentativ für die Wirkung eines in 6 gezeigten Ionenstrahls angesehen werden und damit die Wirkung eines Ionenstrahls aus der Wirkung von konventionellen Photonenstrahlen hergeleitet werden. Das auf diesem Verfahren beruhende Modell wird als generalisiertes Local-Effect-Model (GLEM) bezeichnet. 7 shows the calculated distribution of double-strand breaks 99 after photon radiation at a dose that leads to the same ratio of correlated damage to total damage as that in 6 shown distribution for ion beams. For a suitably chosen subvolume of the nucleus, therefore, the in 7 shown distribution as representative of the effect of a 6 be viewed ion beam and thus the effect of an ion beam derived from the action of conventional photon beams. The model based on this technique is called a generalized local effect model (GLEM).

In 8 zeigt eine mit Hilfe des GLEM durchgeführte Berechnung der relativen biologischen Wirksamkeit für die Inaktivierung von HSG(Human Salivary Gland)-Zellen nach Bestrahlung mit Helium- und Kohlenstoff-Ionen. Die relative biologische Wirksamkeit (RBW) ist auf der y-Achse als Funktion des linearen Energietransfers (LET) auf der x-Achse aufgetragen. Die der Berechnung zugrunde liegenden Photonendaten für PEK2 (α = 0.313 Gy–1, β = 0.0615 Gy–2 wurden ( Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, S. 485–496 ) entnommen, Dt = 18 Gy und der Zellkernradius ist 5 μm.In 8th shows a calculation of the relative biological activity for the inactivation of HSG (human salivary gland) cells after irradiation with helium and carbon ions carried out with the help of the GLEM. The relative biological activity (RBW) is plotted on the y-axis as a function of the linear energy transfer (LET) on the x-axis. The underlying photon data for PEK2 (α = 0.313 Gy -1 , β = 0.0615 Gy -2 were ( Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, pp. 485-496 ), D t = 18 Gy, and the nucleus radius is 5 μm.

Die Kurven 85 und 92 bezeichnen eine gemäß des Verfahrens GLEM berechnete funktionelle Beziehung zwischen dem maximalen RBW-Faktor RBWα = αionx und dem LET für eine Bestrahlung mit Helium- und Kohlenstoffionen sowie einen Vergleich mit experimentellen Daten 90 und 96 (exp. Daten entnommen aus Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, S. 485–496 ). Kurve 85 ist eine gemäß GLEM, Kurve 86 gemäß LEM III und Kurve 88 ist eine gemäß LEM II berechnete Kurve für Heliumionen. Die Messdaten, die durch runde Symbole bezeichnet und stellvertretend durch 90 bezeichnet sind, sind diejenigen, die nach einer Bestrahlung eines Zielvolumens 44 mit Heliumionen ermittelt wurden. Analog zeigt Kurve 92 eine Berechnung mit GLEM, Kurve 93 mit LEM III und Kurve 94 zeigt eine Berechnung mit LEM II für Kohlenstoffionen; und die quadratischen Symbole, stellvertretend symbolisiert durch 96, zeigen die zugehörigen experimentellen Werte. Es ist deutlich erkennbar, dass die Kurve 85 und die Kurve 92 die experimentellen Werte am besten widerspiegeln. Insbesondere für einen niedrigen LET ist deutlich erkennbar, dass die mit GLEM berechneten Kurven die Lage der Messwerte 90 und 96 besser vorhersagen.The curves 85 and 92 denote a functional relationship between the maximum RBW factor RBW α = α ion / α x and the LET for irradiation with helium and carbon ions calculated according to the method GLEM and a comparison with experimental data 90 and 96 (exp. data taken from Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, pp. 485-496 ). Curve 85 is one according to GLEM, curve 86 according to LEM III and curve 88 is a calculated according to LEM II curve for helium ions. The measurement data denoted by round symbols and represented by 90 are those that are after irradiation of a target volume 44 were determined with helium ions. Analog shows curve 92 a calculation with GLEM, curve 93 with LEM III and curve 94 shows a calculation with LEM II for carbon ions; and the square symbols symbolized by 96 , show the associated experimental values. It is clear that the curve 85 and the curve 92 best reflect the experimental values. Especially for a low LET, it can be clearly seen that the curves calculated with GLEM are the position of the measured values 90 and 96 predict better.

Dies wird durch den in 9 gezeigten Vergleich erhärtet. 9a zeigt ein physikalisches Dosisprofil 81, für ein mit Energie-modulierten Heliumionen (4 cm extended Bragg-Peak in einer wasseräquivalenten Tiefe von 8 cm) bestrahlten Volumens in Abhängigkeit von der Eindringtiefe x in mm. Mit der Bezugsziffer 79 ist die im Zielvolumen 44 deponierte Dosis D bezeichnet. Die Pfeile 100 bezeichnen den Ionenstrahl. Als Vergleich mit experimentellen Daten ist das experimentell ermittelte Überleben von CHO-Zellen mit den Parametern der PEK2 α = 0.228 Gy–1, β = 0.02 Gy–2 und Dt = 35 Gy (Zellkernradius 5 μm) mit dem berechneten Überleben verglichen.This is done by the in 9 shown comparison. 9a shows a physical dose profile 81 for a volume irradiated with energy-modulated helium ions (4 cm extended Bragg peak at a water-equivalent depth of 8 cm) as a function of the penetration depth x in mm. With the reference number 79 is the one in the target volume 44 deposited dose D called. The arrows 100 denote the ion beam. As a comparison with experimental data, the experimentally determined survival of CHO cells is compared with the parameters of PEK2 α = 0.228 Gy -1 , β = 0.02 Gy -2 and D t = 35 Gy (nucleus radius 5 μm) with the calculated survival.

In 9b stellt Kurve 87 ein Ergebnis der Berechnung gemäß LEM I, Kurve 82 gemäß der Berechnung gemäß LEM II, Kurve 78 gemäß der Berechnung mit LEM III, und Kurve 84 gemäß der Berechnung gemäß des GLEM dar. Die gefüllten Kreise, stellvertretend markiert durch 83, repräsentieren die experimentellen Ergebnisse (Veröffentlichung Müller, GSI Report 2004 ). Auch hier zeigt die Berechnung mit GLEM eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit den experimentellen Daten im Vergleich zu den Modellen LEM I–LEM III.In 9b turns curve 87 a result of the calculation according to LEM I, curve 82 according to the calculation according to LEM II, curve 78 according to the calculation with LEM III, and curve 84 according to the calculation in accordance with the GLEM. The filled circles, marked by 83 , represent the experimental results (publication Müller, GSI Report 2004 ). Again, the calculation with GLEM shows a much better match with the experimental data compared to the models LEM I-LEM III.

10 zeigt in einem weiteren Vergleich die Berechnung der Wirkung von Protonen- und Kohlenstoffstrahlen in einem therapie-ähnlichen Bestrahlungsfeld zusammen mit den entsprechenden experimentellen Daten für CHO-Zellen mit den ebenfalls experimentell bestimmten PEK2-Parametern α = 0.105 Gy–1, β = 0.025 Gy–2 und Dt = 40 Gy (Zellkernradius 6 μm). 10 shows in a further comparison the calculation of the effect of protons and carbons in a therapy-like irradiation field together with the corresponding experimental data for CHO cells with the also experimentally determined PEK2 parameters α = 0.105 Gy -1 , β = 0.025 Gy -2 and D t = 40 Gy (nuclear radius 6 μm).

10a zeigt die physikalische Dosisverteilung mit zwei opponierenden Feldern, die unter einem Winkel von 180 Grad eingestrahlt wurden. Die Bestrahlung des Zielvolumens 44 mit dem Partikelstrahl 34a ist hierbei aus einer ersten Richtung, die durch die Pfeile 100 schematisch gezeigt ist, und einer zweiten Richtung, die durch die Pfeile 110 schematisch gezeigt ist, erfolgt. Kurve 116 zeigt ein physikalisches Dosisprofil D der Kohlenstoffbestrahlung und Kurve 118 ein physikalisches Dosisprofil D der Protonenbestrahlung. Die Dosis ist mit D bezeichnet und auf der y-Achse aufgetragen und die Längeneinheit x auf der x-Achse. Die Lage des Zielvolumens 44 ist durch den Bereich 112 schematisch dargestellt. 10a shows the physical dose distribution with two opposing fields radiated at an angle of 180 degrees. The irradiation of the target volume 44 with the particle beam 34a is here from a first direction, by the arrows 100 is shown schematically, and a second direction by the arrows 110 is shown schematically takes place. Curve 116 shows a physical dose profile D of the carbon irradiation and curve 118 a physical dose profile D of proton irradiation. The dose is denoted by D and plotted on the y-axis and the unit of length x on the x-axis. The location of the target volume 44 is through the area 112 shown schematically.

10b zeigt das berechnete und experimentell bestimmte Überleben der CHO-Zellen. Die quadratischen Symbole 124 sind das gemessene Überleben und die Kurve 114 das berechnete Überleben nach Protonenbestrahlung. Die runden Symbole 122 stellen das gemessene Überleben und die Kurve 120 das berechnete Überleben nach Kohlenstoffbestrahlung dar. Aus dem Vergleich der Kurve 114 mit den Messergebnissen 124 für eine erfolgte Protonenstrahlung und dem Vergleich der Kurve 120 mit den Messdaten 122 ist ersichtlich, dass die effektive Dosisverteilung, die mit dem Modell GLEM mit dem vorgeschlagenen Verfahren 200 berechnet wurde, die experimentellen Daten sehr gut wiedergibt. 10b shows the calculated and experimentally determined survival of CHO cells. The square symbols 124 are the measured survival and the curve 114 the calculated survival after proton irradiation. The round icons 122 represent the measured survival and the curve 120 the calculated survival after carbon irradiation. From the comparison of the curve 114 with the measurement results 124 for a proton radiation and the comparison of the curve 120 with the measured data 122 It can be seen that the effective dose distribution using the model GLEM with the proposed method 200 which gives very good experimental data.

Die Vergleiche in den 810 zeigen somit, dass die Berechnungen mittels des erfindungsgemäßen Modells GLEM am zuverlässigsten zur Vorhersage der effektiven Dosisverteilung insbesondere für die Partikeltherapie geeignet sind.The comparisons in the 8th - 10 thus show that the calculations using the model GLEM according to the invention are most suitable for predicting the effective dose distribution, in particular for particle therapy.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Krämer und Scholz 2000, Physics in Medicine and Biology, Vol. 45, Seiten 3319–3330 [0008] Krämer and Scholz 2000, Physics in Medicine and Biology, Vol. 45, pp. 3319-3330 [0008]
  • - Scholz et al, Radiation Environmental Biophysics, Vol. 36, S. 59–66 (1997) [0010] Scholz et al, Radiation Environmental Biophysics, Vol. 36, pp. 59-66 (1997) [0010]
  • - LEM II: Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319–329 [0021] - LEM II: Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329 [0021]
  • - LEM III: Elsässer et al. 2008, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 71, 866–872 [0021] - LEM III: Elsässer et al. 2008, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 71, 866-872 [0021]
  • - Krämer und Scholz, Physics in Medicine and Biology, Vol. 51, S 1959–1970, 2006. [0044] Krämer and Scholz, Physics in Medicine and Biology, Vol. 51, p. 1959-1970, 2006. [0044]
  • - Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319–329 [0095] - Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329 [0095]
  • - Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research, Vol. 167, 319–329 [0095] Elsässer and Scholz 2007, Radiation Research, Vol. 167, 319-329 [0095]
  • - Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, S. 485–496 [0100] - Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, pp. 485-496 [0100]
  • - Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, S. 485–496 [0101] - Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, pp. 485-496 [0101]
  • - Müller, GSI Report 2004 [0103] - Müller, GSI Report 2004 [0103]

Claims (15)

Verfahren zur Bestrahlung eines Zielvolumens (44) mit einem Partikelstrahl (34a), das die Schritte aufweist: – Ermitteln einer Fluenz- und/oder Energieverteilung innerhalb eines das Zielvolumen (44) aufweisenden Bestrahlungsvolumens (46); – Ermitteln einer aus der Fluenz- und/oder Energieverteilung resultierenden effektiven Dosisverteilung, wobei Daten verwendet werden, die den beobachtbaren Effekt im Material des Bestrahlungsvolumens (46) zumindest teilweise auf der Basis einer mikroskopischen Schadenskorrelation bestimmt.Method for irradiating a target volume ( 44 ) with a particle beam ( 34a ), comprising the steps of: determining a fluence and / or energy distribution within a target volume ( 44 ) irradiation volume ( 46 ); Determining an effective dose distribution resulting from the fluence and / or energy distribution, using data showing the observable effect in the material of the irradiation volume ( 46 ) determined at least in part on the basis of microscopic damage correlation. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Erstellung eines Bestrahlungsplans des Zielvolumens (44) und/oder zur Validierung eines Bestrahlungsplanes für das Zielvolumens (44) verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that the method for the preparation of an irradiation plan of the target volume ( 44 ) and / or to validate an irradiation plan for the target volume ( 44 ) is used. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Fluenzverteilung zumindest teilweise eine mikroskopische Dosisverteilung ermittelt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that from the fluence distribution at least partially a microscopic dose distribution is determined. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche mikroskopische Schadensverteilung zumindest teilweise aus der mikroskopischen Dosisverteilung ermittelt wird, wobei die Wahrscheinlichkeit einer lokalen Schadensinduktion zumindest teilweise aus einer zugehörigen Photonendosiseffektkurve abgeleitet wird.Method according to one of the preceding Claims, in particular according to claim 3, characterized in that a spatial microscopic Damage distribution at least partially from the microscopic dose distribution is determined, with the probability of local damage induction at least partially from an associated photon dose effect curve is derived. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwartungswert für die Anzahl korrelierter Schäden in einem geeignet gewählten Teilvolumen eines sensitiven Volumens zumindest teilweise aus der räumlichen, mikroskopischen Schadensverteilung bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the expected value for the number of correlated damage in one selected sub-volume of a sensitive volume at least partly from the spatial, microscopic damage distribution is determined. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Bestrahlungsvolumen (46) zumindest teilweise ein biologisches Material.Method according to one of the preceding claims, in particular claim 5, characterized in that the material in the irradiation volume ( 46 ) at least partially a biological material. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das sensitive Volumen zumindest teilweise mindestens ein Unter- und/oder Teilvolumen des biologischen Materials, insbesondere eine Zelle, aufweist.Method according to one of the preceding Claims, in particular according to claim 5 or 6, characterized in that the sensitive volume at least Partially at least one sub and / or partial volume of the biological Material, in particular a cell having. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Photonenddosis ermittelt wird, die zum Erreichen derselben Ausbeute korrelierter Schäden entsprechend dem für Ionenstrahlen erwarteten Wert der Anzahl korrelierter Schäden erforderlich gewesen wäre.Method according to one of the preceding Claims, in particular claim 7, characterized that a photon dose is determined to reach the same Yield of correlated damage according to the Ion beams expected value of the number of correlated damage would have been necessary. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer zweiten Photonendosiseffektkurve für den beobachtbaren Effekt zumindest teilweise ein zu der Photonendosis gehöriger Effekt bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims, in particular claim 8, characterized that from a second photon dose effect curve for the observable effect at least partially to the photon dose proper effect is determined. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein beobachtbarer Effekt für die gegebene Fluenzverteilung zumindest teilweise aus der Skalierung des beobachtbaren Effekts entsprechend dem Verhältnis aus der Photonendosis (PD1) und der im sensitiven Volumen entsprechend der Fluenzverteilung deponierten Dosis bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims, in particular claim 9, characterized that an observable effect for the given fluence distribution at least partially from the scaling of the observable effect according to the ratio of the photon dose (PD1) and in the sensitive volume according to the fluence distribution deposited dose is determined. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Dosis zumindest teilweise aus der dem beobachtbaren Effekt zugehörigen Photonendosis bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the effective dose at least partially from that of the observable effect Photon dose is determined. Bestrahlungsplan zur Bestrahlung eines ein Zielvolumen (44) aufweisenden Bestrahlungsvolumens (46), dadurch gekennzeichnet, dass der Bestrahlungsplan zumindest teilweise unter Verwendung eines Verfahrens (200) gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufstellbar ist und/oder aufgestellt wurde.Radiation plan for irradiation of a target volume ( 44 ) irradiation volume ( 46 ), characterized in that the treatment plan is at least partially determined using a method ( 200 ) can be set up according to any one of claims 1-11 and / or was set up. Strahlmodifikationseinrichtung, die unter Verwendung eines Verfahrens (200) gemäß einem der Ansprüche 1–11 herstellbar und/oder betreibbar ist.Beam modification device using a method ( 200 ) can be produced and / or operated according to one of claims 1-11. Strahlmodifikationseinrichtung gemäß Anspruch 13, die eine Einheit aufweist, insbesondere eine aktive Strahlmodifikationseinrichtung (32) und/oder eine passive Strahlmodifikationseinrichtung (70), die derart ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass ein Verfahrens (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführbar ist.Beam modification device according to claim 13, comprising a unit, in particular an active beam modification device ( 32 ) and / or a passive beam modification device ( 70 ) designed and / or arranged such that a method ( 200 ) according to one of claims 1 to 11 is feasible. Bestrahlungsvorrichtung, die mindestens eine Strahlmodifikationseinrichtung (10) gemäß Anspruch 13 oder 14 aufweist.Irradiation device, the at least one beam modification device ( 10 ) according to claim 13 or 14.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11219783B2 (en) 2019-02-14 2022-01-11 Siemens Healthcare Gmbh Controlled irradiation of an object

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008051476A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-29 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Device and method for the determination of control parameters for an irradiation facility, irradiation facility and irradiation method
US8854048B2 (en) * 2011-03-10 2014-10-07 Mitsubishi Electric Corporation Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
DE102011018613B4 (en) * 2011-04-21 2016-05-12 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Irradiation system with several adjustable measuring ranges of a beam monitor device and control method for this irradiation system
US9125286B2 (en) * 2012-12-28 2015-09-01 General Electric Company X-ray dose estimation technique
JP6256974B2 (en) * 2013-10-29 2018-01-10 株式会社日立製作所 Charged particle beam system
US10052502B1 (en) * 2017-04-12 2018-08-21 Rulon Mayer LET areal detector for protons using radiochromic film
CN107976594B (en) * 2017-11-16 2019-12-27 西北核技术研究所 Method for changing single event effect section of heavy ion Bragg peak depth testing device
CN112147124A (en) * 2020-09-11 2020-12-29 兰州空间技术物理研究所 Characterization method for carbon nano material space charged particle radiation effect

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE440600B (en) * 1979-05-17 1985-08-12 Scanditronix Instr DEVICE FOR IRRATION OF A MATERIAL VOLUME WITH A RADIATION OF LOADED PARTICLES
US5900443A (en) * 1993-11-16 1999-05-04 Stinnett; Regan W. Polymer surface treatment with particle beams
DE69901541D1 (en) * 1998-02-09 2002-06-27 Univ Southampton TREATMENT PLANNING METHOD AND RADIATION THERAPY DEVICE
EP0986071A3 (en) * 1998-09-11 2000-03-29 Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH Ion beam therapy system and a method for operating the system
US6789022B2 (en) * 2000-04-20 2004-09-07 Brookhaven Science Associates Llc Method for assaying clustered DNA damages
WO2001080980A1 (en) * 2000-04-27 2001-11-01 Loma Linda University Nanodosimeter based on single ion detection
US6777700B2 (en) * 2002-06-12 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Particle beam irradiation system and method of adjusting irradiation apparatus
CN101014383A (en) * 2003-12-02 2007-08-08 福克斯·彻斯癌症中心 Method of modulating laser-accelerated protons for radiationtherapy
US7515681B2 (en) * 2004-06-30 2009-04-07 Lexitek, Inc. High resolution proton beam monitor
JP4696965B2 (en) * 2006-02-24 2011-06-08 株式会社日立製作所 Charged particle beam irradiation system and charged particle beam extraction method
WO2007126782A2 (en) * 2006-03-28 2007-11-08 Hampton University Hadron treatment planning with adequate biological weighting
SE530825C2 (en) * 2006-05-04 2008-09-23 Scanditronix Wellhoefer Ab Method and apparatus for determining a correction factor for a radiation dosimeter by integrating contributions from calculated fluence spectra
EP2043743A1 (en) * 2006-07-06 2009-04-08 Ion Beam Applications S.A. Method for treating a target volume with a particle beam and device implementing same
DE102006044139B4 (en) * 2006-09-15 2008-10-02 Siemens Ag Radiotherapy system and method for adapting an irradiation field for an irradiation process of a target volume of a patient to be irradiated
US8168413B2 (en) * 2006-11-22 2012-05-01 Academia Sinica Luminescent diamond particles
DE102007014715B4 (en) * 2007-03-23 2019-05-09 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Determination of control parameters for irradiation of a moving target volume in a body
DE102007045879B4 (en) * 2007-09-25 2014-07-10 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Irradiation of a moving target volume
DE102008009765B4 (en) * 2008-02-19 2012-10-31 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Determining control parameters of an irradiation system for irradiation of a target volume
DE102009002273A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-14 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Method for operating a system for irradiating a particle beam onto a body and device

Non-Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRIDEN,P., HOLT,P., SIMMONS,J.: The track stuctures of ionizing particles and their application to radiation biophysics. In: Radiat. Environ. Biophys., Vol. 38, 1999, S. 175-184 *
Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329
ELSÄSSER,T., SCHOLZ,M.: Cluster Effects within the Local Effect Model. In: Radiation Research, Vol. 167, 2007, S. 319-329 *
ELSÄSSER,T.: Vergleich des Local-Effect-Modells (LEM) mit aktuellen experimentellen in-vivo und in-vitro Daten. In: GBS- Tagung 2006, Braunschweig *
Furusawa et al. 2000 Radiation Research, Vol. 154, S. 485-496
GEMMEL,A. (et al.): Biological dose optimization with multiple ion fields. In: Phys. Med. Biol., Vol. 53(23), 2008, S. 6991-7012 *
GEMMEL,A. (et al.): Biological dose optimization with multiple ion fields. In: Phys. Med. Biol., Vol. 53(23), 2008, S. 6991-7012 ELSÄSSER,T., SCHOLZ,M.: Cluster Effects within the Local Effect Model. In: Radiation Research, Vol. 167, 2007, S. 319-329 ELSÄSSER,T.: Vergleich des Local-Effect-Modells (LEM) mit aktuellen experimentellen in-vivo und in-vitro Daten. In: GBS- Tagung 2006, Braunschweig HADA,M., GEORGAKILAS,A.: Formation of Clustered DNA Damage after High-LET Irradiation: A Review. In: J. Radiat. Res., Vol. 49, 2008, S. 203-210 JUDAS,L., LOKAJICEK,M.: Cell Inactivation by Ionizing Particles and the Shapes of Survival Curves. In: J. theor. Biol., Vol. 210, 2001, S. 15-21 BRIDEN,P., HOLT,P., SIMMONS,J.: The track stuctures of ionizing particles and their application to radiation biophysics. In: Radiat. Environ. Biophys., Vol. 38, 1999, S. 175-184 SATO,T. (et al.): Biological Dose Estimation for Charged- Particle Therapy Using an Improved PHITS Code Coupled with a Microdosimetric
HADA,M., GEORGAKILAS,A.: Formation of Clustered DNA Damage after High-LET Irradiation: A Review. In: J. Radiat. Res., Vol. 49, 2008, S. 203-210 *
JUDAS,L., LOKAJICEK,M.: Cell Inactivation by Ionizing Particles and the Shapes of Survival Curves. In: J. theor. Biol., Vol. 210, 2001, S. 15-21 *
Krämer und Scholz 2000, Physics in Medicine and Biology, Vol. 45, Seiten 3319-3330
Krämer und Scholz, Physics in Medicine and Biology, Vol. 51, S 1959-1970, 2006.
LEM II: Elsässer und Scholz 2007, Radiation Research Vol. 167, 319-329
LEM III: Elsässer et al. 2008, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 71, 866-872
Müller, GSI Report 2004
SATO,T. (et al.): Biological Dose Estimation for Charged- Particle Therapy Using an Improved PHITS Code Coupled with a Microdosimetric Kinetc Model. In: Radiation Research, Vol. 171, 2009, S. 107-117 *
Scholz et al, Radiation Environmental Biophysics, Vol. 36, S. 59-66 (1997)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11219783B2 (en) 2019-02-14 2022-01-11 Siemens Healthcare Gmbh Controlled irradiation of an object

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